williamhill威廉希尔周忠祥教授、袁承勋教授团队在超表面界面表面波传输领域取得重要进展，研究成果以《基于有源超表面实现时空光子晶体》（Realization of Spatiotemporal Photonic Crystals Based on Active Metasurface）为题发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）上。该成果成功解决了时空光子晶体在实验实现与应用转化中的关键科学难题。
时空光子晶体（Spatiotemporal photonic crystals，STC）是一种介电参数在空间和时间上周期性调制的人工材料，为电磁波操纵和场增强开辟了一条新途径。然而，由于实验条件极其复杂，当前时空光子晶体通过对封闭体系（如电路、封闭波导）或馈有变容二极管的超表面的电学特性进行时间调制来实现，前者与自由空间没有相互作用，因此无法实际应用，而后者目前基本只在光子时间晶体（STC 的一维对应物）体系中实现。
针对这一技术难题，团队首次在实验上精准操控时间调制下二维超表面界面表面波传输及其色散关系中带隙闭合现象，通过理论建模、电磁场仿真以及实验测量相结合的方式，创新性地提出利用超表面结构模拟时空光子晶体中表面波传输的方法。该研究设计了加载变容二极管的时空超表面结构，通过改变外加直流偏置电压以及时间调制参数，可以实现表面波的本征频率偏移，调控超表面阻抗，从而使表面波色散关系中混合带隙发生闭合，导致了界面上表面波的传输跳变。团队提出的时空超表面带隙闭合机制，为超快开关设计和短脉冲发生等应用提供了实验平台。
二维时空超表面结构设计
超表面界面表面波传输近场测量结果
时间调制超表面带隙闭合实验结果
该研究是团队在等离子体光子晶体领域持续深耕的成果延伸。此前，团队已在《APL光子学》（APL Photonics）、《光学快报》（Optics Letters）、《物理评论B》（Physical Review B）等期刊发表系列奠基性工作。
哈工大为论文唯一通讯单位，williamhill威廉希尔博士研究生叶鑫为论文第一作者，袁承勋教授、周忠祥教授和姚静锋副教授为共同通讯作者，博士研究生王咏歌、王莹副教授参与研究工作。该研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金及中央高校基本科研业务费等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202401345
