OES封面|从“非共振”到“共振”：超构器件如何重塑成像与显示技术？
OES封面 | 从“非共振”到“共振” ：超构器件如何重塑成像与显示技术？
Opto-Electronic Science 封面论文推荐
香港 城市大学蔡定平教授及合作者围绕超光学器件从非共振相位调控向共振光场调控的发展趋势 ，系统梳理了其基本物理机制及在成像、颜色路由、结构色显示和AR/VR等领域的最新进展 ，并进一步讨论了动态调控与多功能集成的发展方向。
封面文章 | Liu WH, Liang Y, Leng BR et al. From non-resonant to resonant meta-devices: i maging, col or routi ng, displayi ng, and b eyond. Opto-Electron Sci 5, 260016 (2026).
第一作者 ：刘唯汉、梁尧、冷柏锐
通信作者 ：梁尧、蔡定平
研究背景
超构表面（Metasurface） 作为一种由亚波长人工结构组成的新型平面光学元件 ，在过去十多年中极大地推动了光学成像与显示技术的发展。传统超构器件主要依赖几何相位
和传播相位等非共振机制 ，实现了高效、宽带、消色差的成像与显示功能 ，如消色差超构透镜和全彩结构色显示。然而 ，这类器件缺乏光谱选择性 ，难以满足日益增长的多功能、高纯度光场调控需求。
近年来 ，共振机制（如连续域中束缚态、局域-非局域转变等） 的引入为超构光学带来了全新范式。这类器件不仅能实现超窄带波前调控、光谱解耦复用和像素级色彩路由 ，还大幅提升了光与物质的相互作用强度。本综述系统梳理了从非共振到共振超构器件的物理机制与关键应用 ，展示其在成像、彩色路由、显示及AR/VR等领域中的变革潜力。
综述内容概要
香港城市大学蔡定平教授及合作者受邀在Opto-Electronic Science期刊发表题为“From non-resonance to resonant meta-devices: imaging, color routing, displaying, and beyond” 的封面综述文章。文章围绕超光学器件从非共振相位调控向共振光场调控的发展趋势，系统梳理了其基本物理机制及在成像、颜色路由、结构色显示和AR/VR等领域的最新进展，并进一步讨论了动态调控与多功能集成的发展方向。
传统超表面主要依赖几何相位、传播相位， 以及色散工程， 以实现宽带、高效率的波前调控和消色差成像； 随着研究不断深入，BIC、 Mie共振、表面晶格共振，以及局域-非局域转变等共振物理逐渐成为新的设计自由度，使超表面对光的控制由单纯的“ 相位塑造”进一步扩展至频谱、振幅和光–物质相互作用。文章由此建立了从物理机制、微纳结构到成像、显示和AR/VR应用的完整发展脉络。
图1 非共振与共振超构器件的原理、结构与应用的层次化框架
文章集中展示了LSPR、 Mie共振、连续域束缚态（BIC） 和局域-非局域转变（LNT） 等代表性共振机制。与以宽带相位积累为主的非共振器件不同 ，高Q共振能够显著延长光子寿命、增强局域场并产生尖锐的频谱响应 ，为超窄带波前调控、光谱解耦、多路复用和高纯度颜色选择提供新的物理基础。
图2 四种代表性共振物理机制
在此基础上 ，文章进一步从成像→颜色路由→显示→AR/VR逐步讨论超光学由单一器件向系统级应用的发展。以结构色为例 ，通过Mie共振及q-BIC等机制 ，可以在亚波长尺度实现窄线宽、高饱和度的颜色响应 ，其中q-BIC“ Schr ödinger ’s red”像素通过抑制蓝绿波段的不需要模式 ，实现了高纯度红色输出。
图3 高饱和全介质结构色、准BIC实现“薛定谔红 ”
总结与展望
文章指出 ，未来超光学的发展并非简单地由共振机制取代非共振机制 ，而是进一步结合非共振器件的宽带、高效率优势与共振器件的高频谱选择性和强光–物质相互作用 ，并融合主动材料、逆向设计等技术 ，推动超表面由波前调控元件向集成成像、显示、传感和信息处理的多功能光子平台演进。
【基金支持】 该工作得到了 香港 研究资助局（AoE/ P-502/20 、 C5031-22G 、 C5078- 24G 、 CityU11305223 、 CityU11300224 、 CityU11304925 、 CityU11305125 ） 、 香港 城市大学（9380131）及国家自然科学基金（62375232） 的支持。
研究团队简介
蔡定平
香港 城市大学电机工程学系讲席教授，博士生导师，多年来致力于纳米光子学及光电物理领域前沿的实验与理论工作，积累了丰富的研究成果。 在Science, Nature Nanotechnology, Nature Photonics, Physics Review Letters, Advanced Materials, Science Advances, Light: Science & Applications, Nature Communications, Nano Letters, Nano Energy等国际期刊发表论文约400篇。先后当选中国光学学会(COS)、美国科学促进会(AAAS)、美国物理学会(APS)、 国际电子电机工程师学会 (IEEE)、美国光学学会(Optica)、 国际光电工程学会(SPIE)、 电磁 科学院 (EMA)、 日本应用
物理学会(JSAP) 和亚太人工智能学会(AAIA)的会士(Fellow) 。也先后当选亚太材料 科学院 (APAM) 院士 、俄罗斯国际工程学院(IAE) 院士 和美国国家发明家 科学院 (NAI) 院士 。曾荣获四十多项荣誉与奖励 ，包括： 2020年度和2018年度中国光学十大进展、 2020年和2019年全球高被引科学家(Web of Science Group/ Clarivate Analytics) 、 2018年国际光电工程学会(SPIE)墨子奖，以及多届国际学术会议最佳论文奖 。 迄今在国际会议作过326余次特邀报告（包含20场全体会议和61场主题演讲） ，是科学进展（Science Advances） 、光子学评论（ Photonics Insights）及光：先进制造（Light: Advanced Manufacturing）的编辑 ，也担任12个国际期刊的编辑 委员， 多本国际知名期刊的审稿人。
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