一种新型可调智能表面可以将单脉冲光转换为多束光束，每束光束都指向不同的方向。这一原理验证性进展为通信、成像、传感和医学领域的一系列创新打开了大门。
这项研究由加州理工学院应用物理和材料科学教授Harry Atwater的实验室完成，得益于一种名为超表面的纳米工程材料。“这些是人工设计的表面，基本上由纳米结构图案组成，” Atwater 团队的研究生Prachi Thureja说。“所以它是纳米结构阵列，每个纳米结构基本上都允许我们局部控制光的属性。”
该表面每秒可重新配置数百万次，以改变其局部控制光的方式。这一速度足以操纵和重定向光，用于光学数据传输应用，例如光学空间通信和Li-Fi以及激光雷达。
香港城市大学电气工程系副教授Alex MH Wong表示：“超表面为控制光线带来了前所未有的自由。这意味着人们可以将现有的无线技术迁移到光学领域。Li-Fi 和激光雷达就是的例子。”
操纵和改变光束方向通常需要使用一系列传统的透镜和镜子。这些透镜和镜子的尺寸可能很小，但它们仍然利用了材料的光学特性，如斯涅尔定律，该定律描述了波前穿过不同材料的过程，以及波前如何根据材料本身的特性改变方向或折射。
相比之下，这项新研究提供了通过半导体材料以电方式操纵材料光学特性的前景。结合纳米级镜面元件，这种平面微型设备可以像透镜一样工作，而无需弯曲或弯曲的玻璃。而且，新的超表面的光学特性可以使用电信号每秒切换数百万次。
“我们的设备与众不同之处在于，通过在设备上施加不同的电压，我们可以改变从镜子发出的光线轮廓，即使镜子在物理上没有移动，”论文合著者贾里德·西斯勒（Jared Sisler）说，他也是阿特沃特团队的研究生。“然后我们可以像电子可编程镜子一样控制光线。”
该设备本身是一个边长 120 微米的芯片，它通过嵌入在氧化铟锡半导体层中的微型金天线表面来实现其光操控能力。操控半导体两端的电压会改变材料弯曲光线的能力（也称为折射率）。借助金镜元件的反射和半导体的可调折射率能力，许多快速可调的光操控成为可能。
“我认为，使用固态超表面或光学设备来引导太空中的光线并将其用于编码信息的整个想法——我的意思是，目前还没有类似的东西，”西斯勒说。“所以我的意思是，从技术上讲，如果你能实现更高的调制速率，你就可以发送更多信息。但由于这是一个新领域，我们设备的性能更多只是为了展示原理。”
黄先生表示，该原理预示着在近期可能出现的超表面发展和发现的基础上，未来将出现一系列广泛的技术。
“超表面可以做到平整、超薄、轻便，同时还能实现通常由一系列精心弯曲的透镜实现的功能，”黄说。“目前，科学家仍在探索超表面为我们带来的巨大可能性。
“随着纳米制造技术的进步，现在可以可靠地制造出比波长小得多的小特征尺寸的元件，”Wong 继续说道。“超表面的许多功能正在得到定期展示，不仅有利于通信，还有利于成像、传感和医学等领域……我知道，除了学术界的兴趣之外，来自工业界的各种参与者也非常感兴趣，并投入大量资金推动这项技术的商业化。”
