具有逆向定制色散的消色差超表面用于超宽带声束工程

超表面作为具有非凡波前调制能力的超薄介质，在操纵波方面已展现出多种潜力。然而，现有声学超表面受其窄带频率依赖能力的限制，这严重阻碍了通常需要定制色散的实际应用。为应对这一瓶颈挑战，我们报道了超宽带消色差超表面，其能够通过自下而上的拓扑优化提供任意且与频率无关的波特性。我们依次展示了三种超宽带功能，包括声束转向、聚焦和悬浮，其相对带宽分别创纪录地达到 93.3%、120% 和 118.9%。所有超表面单元均呈现包含多个散射体、弯曲空气通道和局部腔体的新颖非对称几何结构。此外，我们揭示逆向设计的超表面可支持集成内部共振、双各向异性和多重散射，它们共同构成了超宽带定制色散背后的机制。我们的研究为按需超宽带高效消色差功能器件开辟了新视野，并有望拓展至光学和弹性消色差超材料。