将多个独立的功能集成到一个光子器件中成为光子集成领域中的一大研究热点。现今报道的多功能超表面器件通常具有一层或多层超表面，能够在一个或多个工作波长下实现两个或多个功能。根据它们的层数结构，通常可以分为单层结构和多层结构。

一般地，基于多层结构的多功能超表面器件在功能多样性方面要优于单层结构的多功能超表面器件。然而，这些功能通常是基于上层和下层结构之间的相互耦合作用实现的，这就阻碍了多功能超构器件(metadevice)的独立设计性，不仅使设计过程复杂化，而且也增加了制造难度和成本。此外，通常的多功能超构器件只能单一地工作反射或传输模式，不能很好地利用全空间；而且双波长多功能器件中的两个波长的对比度较小，以往报道的双波长多功能超构器件的两个波长均在同一波段，如近红外波段、太赫兹波段或毫米波波段。

针对以上问题，华中科技大学武汉光电国家研究中心光电子集成与器件功能实验室黄黎蓉教授带领硕士生栾井等人，创新性地提出了一种基于氧化铟锡(ITO)的双波长多功能模块化超构器件，其结构如图1所示。ITO材料的独特之处在于选择性的透射、反射效应，其可以对(650 nm)可见光波段具有较高的透射效果、对(2365 nm)红外光波段具有较高的反射效果。因此，他们设计两种不同的上层超表面分别在2365 nm实现反射偏转和反射聚焦功能，两种不同的下层超表面分别在650 nm实现透射偏转和透射聚焦功能，然后将上、下超表面进行交叉组合，无需优化和调整，即可形成四种不同的多功能模块化超构器件，如图2所示。该超构器件具有简单、平面制作工艺和制作成本低的优点，为未来的复杂多功能超构器件和光子集成器件提供了一种思路。

图 1 双波长多功能超构器件的结构图

图2 (a1)-(a2)第一个超构器件在不同波长下的反射、透射电场

(b1)- (b2) 第二个超构器件在不同波长下的反射、透射电场强度

(c1)-(c2) 第三个超构器件在不同波长下的反射电场、透射电场强度

(d1)-(d2) 第四个超构器件在不同波长下的反射电场强度、透射电场

2019年1月，该研究成果“Dual-wavelength multifunctional metadevices based on modularization design by using indium-tin-oxide” 发表在Nature旗下期刊Scientific Reports杂志(DOI: 10.1039/c8nr03564d)。该项研究得到国家自然科学基金（NO. 61675074，NO. 61805078）的资助。