相位梯度超表面（Phase Gradient Metasurface）是一种特殊的人造亚波长结构，通常由周期排布的纳米天线构成，可实现对电磁波的调制，改变电磁波的传播方式，设计出一系列平面光学器件。惠更斯超表面是一种高效的阻抗匹配超表面。由于惠更斯的表面具有电和磁响应，从而可以实现高定向的光束操控，高效透射式波前操控，以及振幅和相位独立控制。一般地，在相位梯度超表面的设计过程中，耦合效应往往被忽略；需要改变天线尺寸，实现0-2π相位响应，从而操控光束的传播路径。

武汉光电国家实验室光电子集成与器件功能实验室黄黎蓉教授带领硕士生刘桐君等人，创新性地提出了一种基于耦合效应的双层互补结构的惠更斯超表面。不同于以往的报道，0-2π相位响应主要由于上下层互补结构的耦合效应产生，从而实现光束的操控；并利用等效电路模型进一步研究耦合机理；此外，这种结构的超表面可以同时工作在高效的异常反射模式和异常透射模式，实现对入射光的任意偏折。

图1. 基于耦合效应的惠更斯超表面的结构示意图

图2. 工作在反射模式

图3. 工作在透射模式

2017年7月10日，该研究成果“Coupling-based Huygens’ meta-atom utilizing bilayer complementary plasmonic structure for light manipulation” 发表在OSA旗下期刊Optics Express (Vol. 25, No. 14, pp. 16332-16346, 2017)杂志。该项研究得到国家自然科学基金（61675074）的资助。