手性是一種有趣的幾何概念，指物體不能通過(guò)平移、旋轉和縮放等變換與其鏡像重合的特性，其應用范圍涉及光學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、醫藥和生命科學(xué)等領(lǐng)域。在光學(xué)領(lǐng)域，當手性介質(zhì)被不同旋向的圓極化光激發(fā)時(shí)，表現出不同的手性光學(xué)效應：當左旋圓極化 (LCP) 光和右旋圓極化 (RCP) 光經(jīng)過(guò)手性介質(zhì)后的透射率或反射率不同，從而顯示出圓二色性（Circular dichroism, CD)；若這兩種光在手性介質(zhì)中的折射率不同，導致透射光相比于入射光的偏振面發(fā)生旋轉，則顯示出旋光性（Optical activity, OA）。盡管光學(xué)手性在自然界中無(wú)處不在，但天然材料中的手性響應極其微弱，且難以靈活控制，這嚴重阻礙了極化相關(guān)器件的微型化和集成化應用。由于具有比自然材料高幾個(gè)數量級的手性光學(xué)響應，由人工設計的亞波長(cháng)單元結構陣列構成的手性超材料/超表面為實(shí)現可控手性光學(xué)響應提供了一條途徑。然而，盡管常見(jiàn)多層手性超表面具有很強的本征光學(xué)手性，但其設計過(guò)程相對復雜，且加工所需的多步光刻工藝存在技術(shù)要求和加工成本高的問(wèn)題。

近日，西安交通大學(xué)張留洋老師課題組提出了一種反射式手性超表面的簡(jiǎn)單、通用的設計方法及其低成本、無(wú)光刻的制備策略，該工作與深圳大學(xué)范殊婷老師課題組合作完成。通過(guò)結合新型微立體光刻技術(shù)實(shí)現了手性超表面的3D打印，實(shí)驗測試結果驗證了手性響應機理的準確性相關(guān)成果以“Chiral Metasurfaces with Maximum Circular Dichroism Enabled by Out-of-Plane Plasmonic System"為題發(fā)表于國際期刊Laser & Photonics Reviews上, 影響因子10.9。

對于任意的諧振器，跟隨提出的通用設計流程，僅需簡(jiǎn)單兩步即可打破其n重旋轉對稱(chēng)性（n > 1）和鏡像對稱(chēng)性，從而獲得一個(gè)具有面外形態(tài)的反射式手性超表面。以工作于太赫茲頻段的U型手性超表面為例，其圓極化反射譜和圓二色性譜如圖2所示。不同的面外形態(tài)方向，可獲得具有相反手性響應的對映體A和B。

通過(guò)調控超表面的偏置高度可實(shí)現對其損耗的調控，根據耦合模理論可知，當其輻射損耗等于耗散損耗時(shí)，此時(shí)一種圓極化波被近完.美的選擇性吸收，而另一種圓極化波被非共振地反射，從而可獲得最.強的圓二色性值(圖3(d))。

通過(guò)結合微尺度3D打印技術(shù)，提出的手性超表面可由簡(jiǎn)單的三步工藝制備得到。其中，周期性陣列的面外形態(tài)結構采用面投影微立體光刻3D打印技術(shù)（nanoArch S130，摩方精密）加工得到。實(shí)驗結果表明：得益于高精度的微尺度3D打印技術(shù)，加工得到的手性超表面具有良好的表面質(zhì)量和形狀精度，測試所得的太赫茲反射譜與圓二色性譜與數值模擬結果較為吻合。