矢量光场系具有可任意设计的波前和偏振态分布的光场，因其相较于均匀标量场具有更大的调控自由度和更广阔的应用前景，近年来引起了科学家的广泛关注。然而，基于传统光学器件产生矢量光场的方法往往具有体系庞杂或功能局限等弊端，极大限制了其在集成光学中的应用前景。
针对这一问题，物理学系周磊教授团队近日提出了一套全新且普适的超构表面设计方法，利用超构表面中位置依赖的全矩阵相位调制高效实现了可任意设计的复杂矢量光场，并进行了一系列实验验证。在此基础上，又进一步提出了一套普适的复合超构表面设计方法，通过对超构表面中偏振依赖和偏振无关两种不同的反射相位的调制，高效实现了可任意设计且功能解锁的双功能复杂矢量光场。为未来矢量光场在量子信息存储、高分辨成像、生命科学等领域的研究与应用打开了新思路。
研究团队在相同的理论指导下进一步实现了近场复杂矢量光场，验证了该矢量光场调控方案的普适性。在左旋圆偏光激励下，团队在近红外波段实验实现了带涡旋且偏振态为沿径向线偏的表面波。实验结果均与理论及模拟预期吻合良好。
研究团队提出的基于超构表面产生复杂矢量光场的新方法，是一种普适、高效、功能广泛的方法，通过充分利用体系自由度，调制位置依赖的全矩阵相位，真正实现远场和近场的任意矢量光场；基于复合超构表面产生双功能矢量光场的方法，则通过充分利用两种机制的相位与局域各向异性，实现了功能解锁且具有非均匀局域偏振态的双功能矢量光场。这两种普适方法均可在未来被拓展到任意波段、透射体系、斜入射体系、非均匀振幅体系和任意入射偏振体系等等，产生的矢量光场在多通道通信、近场传感、光镊和超分辨率成象等领域都有广阔的应用前景。
这一系列研究成果分别以《基于超曲面的复矢量光场的高效生成》（Efficient Generation of Complex Vectorial Optical Fields with Metasurfaces）和《矢量光场双功能代的高效元器件》（High-efficiency metadevices for bifunctional generations of vectorial optical fields）为题发表在《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）和《纳米光子学》（Nanophotonics）杂志上。
