清華大學精密儀器系尤政課題組、材料學院劉鍇課題組、物理系魏洋課題組，與美國伯克利加州大學吳軍橋課題組、姚杰課題組、科斯塔斯·格里戈羅普洛斯(Costas P. Grigoropoulos)課題組合作，在材料學國際知名期刊《先進材料》(Advanced Materials)上發(fā)表題為《非光刻和現(xiàn)場編程的光子超畫布》(A Lithography-Free and Field-Programmable Photonic Metacanvas)的研究論文，提出了一種新型的可重構(gòu)光學平臺——超畫布。該論文被《先進材料》雜志選為該期的內(nèi)封底(Inside Back Cover)文章。

　　傳統(tǒng)光學器件的技術(shù)參數(shù)與功能是固定的，這給光學器件與光學系統(tǒng)的實際應用帶來了諸多不便。如果能夠在現(xiàn)場調(diào)節(jié)光學器件的技術(shù)參數(shù)或功能，就可以大幅提升光學系統(tǒng)的工作性能。因此，可重構(gòu)光學器件成為了近年來光學領(lǐng)域的研究焦點。

　　為了實現(xiàn)上述目的，清華大學和伯克利加州大學的研究人員創(chuàng)造性地提出使用相變材料二氧化釩，構(gòu)建新型全固態(tài)的可重構(gòu)光學平臺“超畫布”的方法。借助二氧化釩薄膜的相變熱滯回線，研究人員可以在超畫布上實現(xiàn)幾乎任意光學元件的快速寫入與無痕擦除。光學元件的寫入由低功率(約1 mW)的連續(xù)激光和三維移動平臺完成，整個過程中超畫布的溫度可以保持在90 ℃以下。光學元件的擦除依靠降低超畫布的溫度實現(xiàn)，最快僅需約1秒就可以完全擦除超畫布上所有的光學元件或圖案。　　超畫布具有成本低、無需光刻、重構(gòu)速度快等優(yōu)點。文章中，研究人員首先基于超畫布演示了能夠偏折光線的可重構(gòu)光學器件;接著，使用復數(shù)塊超畫布搭建了可重構(gòu)光學系統(tǒng)樣機，對光學現(xiàn)象的動態(tài)轉(zhuǎn)變過程進行了觀測;最后，展示了使用超畫布進行物理仿真，以輔助光學器件設計工作的方法。

　　基于超畫布的可重構(gòu)光學器件與可重構(gòu)光學系統(tǒng)示意圖。

　　超畫布的研究促進了光學器件與光學系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，此成果有潛力應用到光學計算、可重構(gòu)光子電路、生物醫(yī)療、全息圖像等領(lǐng)域中。《先進材料》審稿人在評審意見中指出：“這篇文章展示了可調(diào)超表面領(lǐng)域的一個巨大的技術(shù)進步?！?p>　　清華大學尤政教授指導的精密儀器系2017屆博士畢業(yè)生董愷琛、伯克利加州大學已出站的博士后洪錫濬(Sukjoon Hong)和博士研究生鄧洋為該文章的共同第一作者。該項研究得到了中國國家自然科學基金、美國國家科學基金、清華-富士康納米科技研究中心等方面的支持。