光学超材料应用领域十分广阔

在能源和环境领域，越来越多的科研团队正想方设法地在太阳能电池板的表面甚至是内部结构中，利用光学超材料来提升太阳能电池板的光电转换效率。

光学超材料的另一个研究方向是结构色，也称物理色。张诚介绍，像大自然中孔雀的羽毛还有蝴蝶的翅膀，它们看起来很漂亮的颜色并不是因为里面含有某些化学物质或者染料，而是因为它们的微观结构导致其与入射的太阳光发生了相互作用。“基于此，我们可以去设计各种人工微观结构，做出我们想要的颜色。”他说。结构色是依靠结构本身产生的颜色，其不依赖化学物质，具有良好的持久性和稳定性，应用在彩色打印和照片冲洗上，可以达到在日照下不褪色的效果。“结构色还可以用于制作口红或者汽车喷漆，不仅无毒无害，而且合成出来的颜色在视觉效果上往往也更高级。”张诚说。

在通信领域，光学超材料已有非常成熟的应用。光子晶体光纤从本质上讲也是一种光学超材料，要通过人为的制备和加工才能够形成这样的微结构光纤。杨振宇表示，学术界对光子晶体光纤的研究已经有十几年的历史，这种光纤在很多光学应用场合都占据一席之地。

智能超表面则是光学超材料领域的一项新的“黑科技”。作为一种基础性创新技术，智能超表面具有低成本、低能耗、可编程、易部署等突出优点，对6G通信技术发展有重要作用。“当我们通过提高电磁波的载波频率来提高信息容量的同时，电磁波的定向性也会随之加强，就像家里的Wi-Fi信号从覆盖整间屋子变成了只有固定的几个方向信号强。而智能超表面可以通过设计信号覆盖的局域位置，让每个角落都有信号。”缪灵表示，除了在家庭环境中，智能超表面还可以在楼宇间布置，减少高楼大厦对信号尤其是高频段信号的遮挡效应。

2021年，华中科技大学武汉光电国家研究中心陶光明教授团队与浙江大学马耀光教授团队、中国纺织科学研究院有限公司等多家单位开展交叉学科联合创新，基于形态学分级设计研发出无源降温光学超材料织物。该织物实现了太阳辐射波段92.4%的反射率以及中红外波段94.5%的发射率。其降温效果好，可穿戴性能高，应用前景广阔，入选应用研究类“2021中国光学十大进展”。