10月21日，武汉光电国家研究中心陈林副教授及其合作者复旦大学周磊教授的最新研究进展发表在《激光与光子学评论》(Laser & Photonics Reviews)上。该研究成果提出了一种基于双曲色散超材料的全新超表面单元结构，并利用该单元结构实现了高效率的电磁波束偏折器、平面聚焦超透镜等功能。这种全新的超表面单元结构可以解决单层金属超表面单元低效率和介质超表面依赖于高折射率材料的问题，为超表面研究领域提供了一种全新的选择。殷祥、朱华为同等贡献第一作者，陈林、周磊担任通讯作者，华中科技大学武汉光电国家研究中心为第一单位。

超表面是一种具有亚波长厚度的人工层状结构，由于其对电磁波振幅、相位和偏振具有强大操控能力、以及制备简单等优点，已被广泛研究用于成像、光束偏转、超透镜、超全息、编码、隐身等诸多功能上。然而，目前国际上大多采用光学超表面结构，总体上这些器件存在透射效率低、可选的光学材料受限等制约实用化的关键科学技术难题。

图1. 基于双曲色散超材料平面聚焦超透镜示意图。

图2. 偏振无关平面聚焦超透镜。(a) 样品图; (b) 单元相位分布; (c) 设计器件宽度; (d)-(e) 和(h)-(i) 聚焦电场强度分布图； (f)-(g)和(j)-(k) 焦平面上电场强度分布图。

研究人员提出利用双曲色散超材料结构构建新型超表面单元。由于这种结构支持表面波的传输，而表面波对色散具有超强控制能力，因此不受限于自然界光学材料，可以实现在整个电磁波频段工作。并且，由于单元结构采用的是表面波传输累积相位的原理，可彻底摆脱之前单层等离激元超表面基于电磁辐射而受到25%透射效率的制约，有效提高光波的透射效率。通过在空间上摆放具有不同结构的双曲色散超表面结构阵列，使透射偏振的电磁波满足线性梯度相位分布和双曲梯度相位分布，实现了偏振无关的电磁波束偏转器和平面聚焦透镜，其中衍射效率可以达到90%以上。微波实验验证了各种功能的波前控制功能，理论和模拟预言可拓展到光学波段工作。拓展到光学的实验研究将是一项有挑战的工作，一旦实现可解决传输损耗以及现有自然光学材料受限等难题，这项工作为构建新型超表面光学功能器件指出了新的方向。

该研究工作得到了国家自然科学基金和武汉光电国家研究中心主任基金的资助，相关的研究还得到了同济大学李宏强教授，苏州大学杭志宏教授和南开大学陈树琪教授的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.201800081