基于耦合调谐的相同纳米柱不规则连续织物的“无元原子”架构实现高效消色差超表面

超表面是亚波长厚度的构造，由离散的元原子组成，提供离散化的相位累积层级，共同逼近所设计的光学功能。利用几何相位与偏振转换结构的元原子在包括金属透镜在内的光学元件中产生了令人鼓舞的实现。然而，迄今为止，这种方法一个悬而未决的根本性问题是由此类所得元件承受的低器件效率，这是为防止其元原子间耦合而使用大晶格常数所带来的不良副作用。尽管近场耦合用于调谐电磁谐振已在构建高效窄带设计中得到应用，此类结构仍未能在宽谱上提供高效率。在此，我们提出并展示紧密排布的相同介质纳米柱波导织物，其具有连续调谐的互耦合距离，可构成优异且完备的消色差超表面元件。该架构使散射体能与入射波极高效地相互作用。作为概念验证演示，我们展示了一个消色差柱面金属透镜，由单一几何形状的强耦合介质纳米柱以连续设定相位元件的“无元原子”方式构成，工作于 400-700 nm 全波段。该金属透镜在整个光谱范围内实现了超过 85% 的聚焦效率。为克服偏振敏感性，我们使用六角堆叠纳米柱构建了偏振无关的散射体库。最终，获得了具有偏振无关操作与消色差聚焦的圆形金属透镜。这是通过编织耦合入经精细调谐构成的不规则晶格中的相同纳米柱来制造消色差超表面架构的范式转变。