在传统光学元器件中，材料的损耗特性总是起到降低系统性能的作用，在实际光学设计中需尽力去消除损耗的影响。近日，光子技术研究院海外英才创新团队研究发现，在光学系统临界耦合点附近存在损耗辅助的相位奇点效应。利用损耗辅助的相位调控机制，他们在原子层厚度二维材料上实现对可见光的高效相位调控，并展示了厚度趋于物理极限的平面超临界透镜及其远场超衍射极限聚焦特性。

该研究成果以“π-phase modulated monolayer supercritical lens”为题，发表在Nature Communications上。光子技术研究院的秦飞副研究员和澳大利亚国立大学博士生Boqing Liu为本论文共同第一作者，光子技术研究院李向平研究员和澳大利亚国立大学Yuerui Lu教授为共同通讯作者，暨南大学为第一单位。

二维过渡金属硫化物（TMD）在构建平面光电集成系统中展现出了巨大的优势。但受限于超薄的厚度和有限的折射率，光学累积效应所带来的相位调控能力较差，成为其关键制约因素。本工作通过深入研究损耗辅助的光学相位奇点效应，变废为宝，让材料的损耗在光学相位调控机制中起主要作用，成功的在单层MoS2上实现了对可见光π的相位调制，相位调控能力比材料的物理厚度高350倍。

同时，得益于TMD材料在可见光波段显著的损耗色散特性，双层MoS2可以在150nm带宽区域内实现大于0.5π的相位调制能力。利用飞秒激光直写技术，他们在实验上构建了原子层厚度的二元相位型平面超临界透镜，从435nm到585nm的150nm带宽内展示了远场超衍射极限的聚焦能力。结合单层TMD材料的直接带隙特性，该研究工作为构建超薄全光集成系统提供了可行的方案。

作者简介：秦飞博士，主要从事平面超衍射极限透镜及光学超分辨成像应用方面的研究工作。在Nature Nanotechnology, Science Advances，Nature Communications, Advanced Materials等期刊共发表SCI论文40余篇，总引用数2100余次。入选珠江人才计划引进创新创业团队。目前主持广东省自然科学杰出青年基金，国家自然科学基金面上、青年基金，和广州市科技计划等项目。

原文链接： https://doi.org/10.1038/s41467-020-20278-x

（光子技术研究院）

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