【FOE】2021年第二期文章目录

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【FOE】2021年第二期文章目录

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发布时间：2021年07月20日

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Frontiers of Optoelectronics，2021年第2期（光学超表面最新进展专刊）

Special Issue on Recent Advances in Optical Metasurfaces

专刊介绍

光学超表面由亚波长介质或金属结构的平面阵列组成，这些亚波长结构的集体效应是模仿传统体光学元件的行为。由于有望构造结构紧凑的高效、多功能光电系统，光学超表面给光学领域带来了革命性的变革。通过设计其组成元素的几何形状、放置方式和排列方式，光学超表面可以任意控制入射光的振幅、相位、偏振、角动量或色散。超表面的研究目前已跨越了多个学科领域，不仅涉及光-物质相互作用的基础研究，还涉及从固态激光雷达到小型化成像和光谱设备的新兴应用。高性能超表面器件已在从深紫外到太赫兹的全光谱范围内得到实验验证，并被用于空域和时域的光波操纵。

本期“光学超表面最新进展”专刊包括五篇综述文章和五篇研究文章，涵盖从超表面设计到实际应用的各种主题。在新型超表面的设计方面，Qiu等人[1]对自旋解耦Pancharatnam-Berry（PB）超表面的基本原理和应用进行了全面综述。传统的基于PB相位的超表面对左旋和右旋圆偏振光的相位调制是反相的，而自旋解耦PB超表面则没有上述对自旋锁定的限制，允许对正交圆偏振光进行独立和任意的控制。双各向异性超表面的最新发展使得人们可以对光的偏振态和传播方向进行多重的控制。Qiong等人[2]基于有限元方法讨论了双各向异性结构的电磁特性。作者证明了包含双各向异性的矢量波动方程在标量内积下是自伴的，并提出了弱形式的平衡公式，其性能优于有限元建模中的标准公式。实现功能可调的有源器件是超表面研究者非常感兴趣的问题。Bi等人[3]回顾了磁可控超表面的物理机制和器件应用。磁场操控具有响应速度快、非接触、可连续调节等优点，为实现基于超表面的多功能动态器件和系统铺平了道路。

超透镜是一种通过超表面技术实现的微小平面成像器件，是超表面技术最为典型的新兴应用之一。Fu等人[4]对超透镜进行了全面的综述，介绍了超透镜的基本相位调制技术、设计原理、表征方法和功能应用。尽管在现阶段，超透镜在成像质量方面可能还无法与传统透镜竞争，但它在对入射光的多维和多自由度控制方面具有独特的优势，从而使传统技术极难甚至不可能实现的新颖功能成为可能。电磁吸收器是超表面技术的另一个典型应用。Gandhi等人提出了一种工作在太赫兹（THz）波段的偏振不敏感超表面吸收器。该器件由金属-介质-金属谐振器组成，在2.54～5.54THz范围内，吸收率大于90%。近年来，利用超表面进行边缘检测引起了人们的极大兴趣，在全光计算和人工智能领域有着潜在的应用。Wan等人[5]回顾了用于空间微分和边缘检测的介质超表面的发展。这篇文章重点介绍了介质超表面作为一阶或二阶空间微分器的基本原理及其在生物成像和机器视觉中的应用。无衍射光束在生物医学成像、粒子操纵和材料加工等领域有着许多重要的应用。Liu等人[6]研究了基于介质超表面的双无衍射THz光束产生。作者设计并实现了贝塞尔光束和突然自聚焦光束的产生，这两种代表性的无衍射光束具有完全相反的聚焦特性。超表面所具有的结构紧凑、功能多样的特点，为高性能光学传感器的研制提供了新的可能。Ye等人[7]介绍了一种基于宇称-时间-反比（parity-time-reciprocal scaling，PTX）对称非厄米超表面的超灵敏光学传感平台。这种器件利用奇异点（如异常点和相干完美吸收器-激光器点）来显著提高光子传感器的灵敏度和探测极限。Ren等人[8]提出了一种具有偏振敏感和可控电磁诱导透明特性的U型THz波段超材料，可用于包括生物传感器、滤波器和THz调制器在内的可调谐的集成器件中。

超表面的大规模、低成本制造，将极大地推动该技术的实际应用。Oh等人[9]综述了纳米压印光刻技术在光学超表面大规模制备中的应用进展。作者阐述了各种可扩展的超表面压印制备方法，并对其未来发展前景进行了展望。

希望本期“光学超表面最新进展”专刊能为超表面研究者们提供有用的信息，并为未来的探索提供新的思路。

本期专刊的目录如下：

EDITORIAL

Preface to the special issue on “Recent Advances in Optical Metasurfaces”

Cheng ZHANG, Din-Ping TSAI

Frontiers of Optoelectronics, 2021, 14(2): 131‒133

DOI: 10.1007/s12200-021-1251-z

REVIEW ARTICLE

Fundamentals and applications of spin-decoupled Pancharatnam–Berry metasurfaces^[1]

Yingcheng QIU, Shiwei TANG, Tong CAI, Hexiu XU, Fei DING

Frontiers of Optoelectronics, 2021, 14(2): 134‒147