异构自由曲面超构表面：先进宽带色散工程平台
应用物理
2025-02-05 v1 光学
摘要
超构表面凭借其控制电磁波的能力，在光学器件设计中具有巨大潜力，尤其是在需要对色散进行精确控制的应用中。本工作引入了一种使用异构自由曲面超构表面进行色散工程的方法，克服了传统超构表面通常透射率差、带宽窄和偏振响应受限的缺陷。通过从单层正则超构原子过渡到具有非直观几何形状的双层架构，我们的设计解耦了内在材料属性（折射率和群折射率），实现了对相位和群延迟以及高阶色散属性的独立工程化，同时在任意偏振态下保持高效率。我们实施了两阶段多目标优化过程以生成超构原子库，随后将其用于色散工程超构表面的快速设计。此外，我们提出了一种双层超构表面堆叠技术，为实现高性能、色散工程化的光学器件铺平了道路。通过展示具有卓越色差校正和宽带性能的超构表面，验证了我们的方法，其在 420 nm 的可见光至近红外带宽范围内平均效率超过 81%。我们将先进的设计物理、强大的自由曲面优化方法和双层纳米加工技术的协同结合，代表了相对于现有技术的重大突破，同时为宽带超构表面应用开辟了新的可能性。
引用
@article{arxiv.2412.12028,
title = {Heterogeneous Freeform Metasurfaces: A Platform for Advanced Broadband Dispersion Engineering},
author = {Zhaoyi Li and Sawyer D. Campbell and Joon-Suh Park and Ronald P. Jenkins and Soon Wei Daniel Lim and Douglas H. Werner and Federico Capasso},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.12028},
year = {2025}
}