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中国激光 2024年第1期51卷 259-279页

作者：马耀光高宇斌浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室光电科学与工程学院先进光子学研究中心嘉兴研究院智能光子研究中心浙江大学杭州国际科创中心浙江杭州310027

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚... 详细信息

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚的研究兴趣。从物理机理、相位调控到正向设计方法,系统回顾了超构表面的设计原理。介绍了这些机理如何用于实现丰富的应用,包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等,涵盖了最主要和最新的发展方向。最后,讨论了超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造上的挑战,并对领域未来的发展进行展望。

关键词：材料超构表面超构透镜成像光学全息复用消色差成像

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超构表面：设计原理与应用挑战（特邀）

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中国激光 2024年第1期 267-287页

作者：马耀光高宇斌先进光子学研究中心浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室嘉兴研究院智能光子研究中心浙江大学杭州国际科创中心光电科学与工程学院

作为一种二维形式的超构材料，超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控，有望突破传统光学的限制，实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件，近年来引起了学术界和产业界越来越... 详细信息

作为一种二维形式的超构材料，超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控，有望突破传统光学的限制，实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件，近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚的研究兴趣。从物理机理、相位调控到正向设计方法，系统回顾了超构表面的设计原理。介绍了这些机理如何用于实现丰富的应用，包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等，涵盖了最主要和最新的发展方向。最后，讨论了超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造上的挑战，并对领域未来的发展进行展望。

关键词：材料超构表面超构透镜成像光学全息复用消色差成像

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超构表面：设计原理与应用挑战

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中国激光 2023年

作者：马耀光高宇斌光电科学与工程学院浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室

作为一种二维形式的超构材料，超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控，有望突破传统光学的限制，实现低成本、高性能、超轻超薄、新颖功能的新型光学元件，近年来已经引起了学术界和产业界越... 详细信息

作为一种二维形式的超构材料，超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控，有望突破传统光学的限制，实现低成本、高性能、超轻超薄、新颖功能的新型光学元件，近年来已经引起了学术界和产业界越来越浓厚的研究兴趣。从物理机理、相位调控到正向设计方法，系统回顾了超构表面的设计原理。介绍了这些机理如何用于实现丰富的应用，包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等，涵盖了最主要和最新的发展方向。最后，讨论了超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造上的挑战，并对领域未来的发展进行展望。

关键词：超构表面超构透镜成像光学全息复用消色差成像

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折-超混合长波红外光学系统研究

折-超混合长波红外光学系统研究

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作者：王頔哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超表面是指由亚波长尺度单元排布成的人工微结构阵列,采用先进的微电子工艺在轻薄平板上制备。超表面的结构轻薄,有利于光学系统向轻量化、小型化、集成化方向发展。目前,关注度最高的就是能够实现聚焦的超透镜,然而超透镜色差往往都很... 详细信息

超表面是指由亚波长尺度单元排布成的人工微结构阵列,采用先进的微电子工艺在轻薄平板上制备。超表面的结构轻薄,有利于光学系统向轻量化、小型化、集成化方向发展。目前,关注度最高的就是能够实现聚焦的超透镜,然而超透镜色差往往都很严重,导致其工作带宽很窄。因此学者们提出了消色差超透镜的设计方法,但是受限于超表面的本身特性,消色差超透镜的口径往往很小。开展了基于超表面的相位调控理论的长波红外成像超透镜性能的仿真研究,提出并验证了折-超混合光学系统的设计方法。主要内容包括:基于电介质超表面的相位调控理论研究。开展了电介质超表面的传播型相位和几何型相位的研究工作,详细讨论了两种相位在超表面中应用的场景和使用限制。采用广义折射和反射定律,分析了超表面在两介质的交界平面引入相位突变的异常折射现象。根据广义折射和反射定律,分析了目前单波长超透镜以及消色差功能超透镜的设计方法,讨论了宽波段消色差功能超透镜设计方法中超表面单元的色散性质对于带宽、焦距、口径三个聚焦参数的限制关系。结构不同的超表面单元的相位及色散性质不同,采用不同的设计方法和相位类型得到的超透镜结构,其焦距、口径、工作带宽以及成像性能存在一定差异。单波长处设计的长波红外波段电介质超透镜,存在明显的色差。为了拓展超透镜的工作带宽,分别设计完成了基于两种相位原理的宽波段消色差功能的超透镜。通过仿真结果分析,在焦距和工作带宽确定的情况下,设计得到的消色差超透镜的口径很难继续增大。在带宽和焦距确定的情况下,为了尽可能增大超透镜的口径,提出了折-超混合光学成像系统的设计方法,其中折射透镜承担较大的光焦度,超表面承担部分光焦度。设计并加工完成了入瞳直径18mm、焦距26mm的折-超长波红外光学系统,实验测得混合光学的FWHM为22.43μm,接近于混合光学系统理论的20.99μm的FWHM,说明长波红外折-超混合系统达到实验预期效果,证明了长波红外折-超混合系统的设计方法的可行性。

关键词：长波红外超表面相位调控消色差成像折-超混合

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宽带消色差红外光学超构透镜研究进展(特邀)

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红外与激光工程 2021年第1期50卷 16-24页

作者：欧凯郁菲茏陈金李冠海陈效双中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083

超构透镜是由亚波长散射单元结构排列而成的具有聚焦功能的平面二维超构表面。超构表面能够在亚波长尺度上操控光场的振幅、相位、色散和偏振态,是近年来迅速发展起来的新型光场调控载体。亚波长共振纳米结构使得高阶衍射被抑制,入射光... 详细信息

超构透镜是由亚波长散射单元结构排列而成的具有聚焦功能的平面二维超构表面。超构表面能够在亚波长尺度上操控光场的振幅、相位、色散和偏振态,是近年来迅速发展起来的新型光场调控载体。亚波长共振纳米结构使得高阶衍射被抑制,入射光场可以完美地被调制到设计的衍射级次上,从而确保了超构表面器件具有高的光子调控效率。同时,超构单元在设计上的灵活性及其特定的电磁响应使得超构表面可以实现对光场多个维度的定制化操控。不同于传统光学透镜依赖光传播的相位累积效应,宽带消色差超构透镜通过对光场相位和相位色散的同时独立调控解决了传统通过级联多个透镜修正色差造成的光学系统复杂和体积庞大限制,为发展小型化片上集成光学提供了全新的思路。文中围绕超构透镜的相关研究,首先介绍了超构表面调控光场振幅、相位和偏振态的基本原理,在此基础上,重点回顾了近年来关于超透镜的研究发展,包括通过单一参量调控的单波长超透镜的实现,以及通过对光场偏振、相位及相位色散的多参量联合调控的多功能宽带消色差超构透镜的发展现状,最后讨论其进一步发展的可能挑战与应用前景。

关键词：超构透镜相位色散消色差成像偏振调控

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