近期，我校未来光学实验室张大伟教授团队在庄松林院士指导下，利用超构表面产生及调控自加速光束方面取得系列重要进展，创新发现有望应用于激光制造、光存储、生物医学等多个重要领域，成果先后在国际TOP期刊《ACS Nano》以及《Laser & Photonics Reviews》发表。
自加速光束具有无衍射传播、自加速和自愈合三大特性，可在自由空间中弯曲传播，是一类非常特殊的新型光束。生成自加速光束往往需要复杂的光场调控，一般都采用空间光调制器，然而基于空间光调制器的光束发生器存在工作带宽窄、成本高、衍射效率低、集成能力有限等缺点。超构表面作为一种新型的光场调控器件，因其亚波长的特征尺寸以及灵活的光场调控能力，可以很好克服空间光调制器的缺点。尽管目前基于超构表面的艾里光束产生器件能够宽带工作并高度集成化，但它们通常工作距离较短，对光束的特征参数调控有限。张大伟课题组基于合成相位方法设计了超构表面自加速艾里光束，光束具有工作距离可调、压缩的光斑横向尺寸，同时保持较长的焦深，并能对艾里光束的各特征参数灵活调控，为自加速艾里光束的实际应用提供了广阔空间。研究成果“All-Dielectric Synthetic-Phase Metasurfaces Generating Practical Airy Beams”（利用合成相位的介电质超构表面产生实用性的艾里光束） 文章于2021年1月发表在国际权威期刊ACS Nano上（影响因子：14.588，中科院一区，国际TOP期刊）。上理工文静副教授为论文的第一作者，2020级陈磊同学为共同第一作者，张大伟教授和香港城市大学雷党愿教授为共同通讯作者。
利用超构表面产生自加速艾里光束示意图
类贝塞尔光束是沿着特定曲线轨迹传播的无衍射光束。传统的类贝塞尔光束发生器（如空间光调制器）不仅体积大，衍射效率低，而且限制了光束的最小尺寸和弯曲的最大曲率。张大伟课题组使用介电超构表面，实现了具有亚波长横向尺寸、大弯曲程度的自加速类贝塞尔光束，可在550 ~ 710nm的宽带光谱范围内生成具有预定义任意轨迹的单个类贝塞尔光束以及携带OAM（轨道角动量）的类贝塞尔涡旋光束，这些光束有非线性抛物线和余弦振荡轨迹，NA高达0.79，从而使类贝赛尔光束的宽度降至接近衍射极限的尺度即234nm（~0.43λ）。以上成果丰富了自加速光束的多样性，并为自加速光束在光存储、微粒或活细胞操控、生物医学成像以及材料激光加工等领域的应用发挥重要作用。成果于2021年3月发表在Laser & Photonics Reviews上（影响因子：10.655，中科院一区，国际TOP期刊），题目是“Use of Dielectric Metasurfaces to Generate Deep-Subwavelength Nondiffractive Bessel-Like Beams with Arbitrary Trajectories and Ultralarge Deflection”（利用介电质超构表面产生具有任意轨迹的亚波长横向尺寸且大弯曲程度的类贝赛尔光束）。上理工文静副教授为论文的第一作者，2020级陈磊同学为共同第一作者，张大伟教授和香港城市大学雷党愿教授为共同通讯作者。
利用超构表面产生类贝赛尔光束示意图
ACS NANO论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.0c07770
LPR论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202000487