【摘 要】
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超表面作为新型的微纳光子器件,可在具有深亚波长厚度的超薄界面内实现强大的电磁调控,包括对振幅、相位和偏振态的完全控制,尤其是基于广义斯涅尔定律的任意波前（相位）调控。研究表明,由各向异性的纳米天线或谐振器的周期单元构成的超表面可以在交叉偏振散射光中产生覆盖整个范围（从0到2π）的相移,并保持振幅的均匀性,在光波控制方面有着得天独厚的优越性。然而,大多超表面器件都是静态的,一旦制造完成其各类光学特性
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超表面作为新型的微纳光子器件,可在具有深亚波长厚度的超薄界面内实现强大的电磁调控,包括对振幅、相位和偏振态的完全控制,尤其是基于广义斯涅尔定律的任意波前（相位）调控。研究表明,由各向异性的纳米天线或谐振器的周期单元构成的超表面可以在交叉偏振散射光中产生覆盖整个范围（从0到2π）的相移,并保持振幅的均匀性,在光波控制方面有着得天独厚的优越性。然而,大多超表面器件都是静态的,一旦制造完成其各类光学特性是固定的。因此,如何设计出体积更小、集成度更高、性能更好、可调谐或可重构的光学器件已成为纳米光学领域研究的热点。本课题的主要研究内容是基于亚波长超表面结构实现可调器件,从单元设计、理论计算、数值仿真、功能应用等多个方面探究对电磁波的调控能力。旨在为超表面朝着可重构化、多功能化、集成化的方向发展提供一种可行的技术途径。主要内容如下:（1）开关型超透镜。利用相变材料的折射率变化和广义斯涅尔定律以及Pancharatnam-Berry（PB）相位原理,实现了在2.8μm至3.8μm的宽带范围内,MIM超表面的交叉偏振反射率在最大化达到80%且可观察到明显聚焦的现象,然而处于晶态时为零,且观察不到聚焦现象,实现了“打开”状态和“关闭”状态。（2）变焦型超透镜。利用矩形金属柱状结构实现了当入射波长为3.1μm时,对于MI器件,可调焦距在4.4μm和4.8μm之间;而对于入射波长为3.6μm的MIM模型,可调焦距在3.4μm和3.6μm之间。（3）可重构全息超表面。利用GS算法原理和几何相位编码实现了在宽带范围内以高效率和高图像质量“打开”或“关闭”重建图像的可重构效果。并且解释了反射型超表面器件在宽带范围内高效率的原因,然后仿真分析了全息算法及迭代次数对全息成像质量的影响,为超表面全息的设计提供了一些新思路。
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