光的動態(tài)高分辨率波前調(diào)制是光子學(xué)中一個長期的研究課題。通過納米級光學(xué)元件或超分子，超表面已顯示出潛力，可以實現(xiàn)亞波長分辨率的光處理，從而克服傳統(tǒng)空間光調(diào)制器的局限性。目前，最先進的有源超表面是通過對超原子的相位調(diào)制來操作的，它們無法獨立控制散射振幅，導(dǎo)致所需波陣面的重建較差。這一基本問題對依賴于亞波長時空復(fù)合場調(diào)制（包括動態(tài)全息、高分辨率成像、光鑷和光學(xué)信息處理）的應(yīng)用提出了嚴重的性能限制。在這里，我們提出了“元分子”策略，其中包含兩個獨立的亞波長散射體，由貴金屬天線耦合到柵極，可調(diào)諧石墨烯等離子體納米諧振器。該分子的雙參數(shù)控制確保了光的振幅和相位的完全控制，使2π相移和包括完美吸收的大振幅調(diào)制成為可能。我們進一步開發(fā)了一個普通的圖解模型來檢查完全復(fù)振幅調(diào)制的基本要求，提供了直觀的設(shè)計準則，以最大限度地提高亞表面的可調(diào)諧性。為了說明我們設(shè)計的可重構(gòu)性，我們演示了周期排列的超分子中的動態(tài)光束控制和全息波前重建。
Figure 1. （a）由一對獨立控制的石墨烯等離子體元原子組成大分子的示意圖。反射的（b）振幅圖和（c）相圖。反射的橫向磁場分量（H
y/H
0），（d）沿實心藍線顯示出具有恒定幅度（| r | = 0.5）的相位調(diào)制，以及（e）沿著紅色實線顯示出具有恒定相位（? = 0）的完美吸收的幅度調(diào)制。在（d）和（e）中，比例尺為4μm。代表性電場（|E|/|E
0|）分布在（f）具有固定振幅和（g）具有固定相位的元分子周圍。在（f）和（g）中，比例尺為500nm。
Figure 2. 在理想情況下，顯示為閉合圓的（a）表面導(dǎo)納和（b）復(fù)振幅。在實際情況下，呈現(xiàn)電弧的（c）表面導(dǎo)納和（d）復(fù)振幅。
Figure 3. （a）元原子電路模型的示意圖。（b）當螺距隨固定金屬間隙變化時，用電路模型計算表面導(dǎo)納。（c）當金屬間隙隨固定螺距變化時，用電路模型計算表面導(dǎo)納。
Figure 4.光束轉(zhuǎn)向的角度（θ
r）為（a）20.9°，（b）45.5°，（c）72.0°。（d）光束轉(zhuǎn)向的散射參數(shù)（|S|）的大小。（e）元分子全息波前計算與重建原理圖。（f） 在自由空間，波長（λ
0）為7μm，(x,z)=(0μm,7μm) 處單聚焦的反射磁強度（|H|
2/|H
0|
2）分布。（g）三重聚焦的磁場強度（|H|
2/|H
0|
2）分布。
相關(guān)研究成果于2020年由韓國高等科學(xué)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院Min Seok Jang課題組，發(fā)表在ACS NANO（DOI: 10.1021/acsnano.9b09277）上。原文：Complete Complex Amplitude Modulation with Electronically Tunable Graphene Plasmonic Metamolecules。
