宁波大学 信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
超表面具有在亚波长的厚度范围内操纵电磁波的卓越性能, 伴随调谐技术的发展和对器件小型化、集成化的需求, 超表面设计已从单功能结构转向多功能集成, 在不同的激励条件下实现特定功能的切换。从外加电场、热控、机械拉伸、波长与极化控制等较常见的调谐方法出发, 分别介绍多种具有双功能、三功能的可调谐超表面。最后, 对可调谐多功能超表面的进一步研究发展进行了展望。
可调谐 超表面 多功能 功能切换 集成器件 tunable, metasurface, multifunction, function swit
Author Affiliations
Abstract
1 Pohang University of Science and Technology, Department of Mechanical Engineering, Pohang, Republic of Korea
2 Pohang University of Science and Technology, Department of Chemical Engineering, Pohang, Republic of Korea
3 POSCO–POSTECH–RIST Center for Flat Optics and Metaphotonics, Pohang, Republic of Korea
Metasurfaces have attracted great attention due to their ability to manipulate the phase, amplitude, and polarization of light in a compact form. Tunable metasurfaces have been investigated recently through the integration with mechanically moving components and electrically tunable elements. Two interesting applications, in particular, are to vary the focal point of metalenses and to switch between holographic images. We present the recent progress on tunable metasurfaces focused on metalenses and metaholograms, including the basic working principles, advantages, and disadvantages of each working mechanism. We classify the tunable stimuli based on the light source and electrical bias, as well as others such as thermal and mechanical modulation. We conclude by summarizing the recent progress of metalenses and metaholograms, and providing our perspectives for the further development of tunable metasurfaces.
tunable metasurface active metasurface reconfigurable metasurface multifunctional metahologram varifocal metalens Advanced Photonics
2022, 4(2): 024001
1 北京卫星信息工程研究所 天地一体化信息技术国家重点实验室, 北京 100095
2 首都师范大学 物理系 北京市超材料与器件重点实验室 北京市成像理论与技术高精尖中心, 北京 100048
超表面是一种由人工微结构组成的超薄平面器件,能够实现对电磁波振幅、相位以及偏振态的调控,具有体积小、重量轻、集成度高、可灵活操控电磁波等优势,在电磁波谱、波前调制中发挥着巨大的作用。综述了近年来基于超表面的太赫兹波前调制器件的研究进展。总结了基于Pancharatnam-Berry相位、基于局域表面等离子体共振(LSPR)、基于Mie共振的三种超表面单元结构对电磁波的振幅、相位调控机理,并讨论了实现高效率超表面的方法。之后,介绍了用于设计波前调制超表面器件的纯相位调制方法和复振幅调制方法。综述了在太赫兹波段典型的超表面波前调制器,包括单一功能、复合功能以及可调谐功能的超表面波前调制器件。在早期的研究工作中,设计的超表面可实现波束偏转、波束聚焦、全息成像、以及涡旋光束、自聚焦光束、洛伦兹光束等特殊光束产生等功能。为提高太赫兹器件的利用率,波分复用、偏振复用等功能复用的太赫兹超表面器件被提出。随着对太赫兹波前动态调控需求的增长, 一些主动的太赫兹超表面器件被提出并在实验上被验证。共有两种主动的超表面器件。其中一种主动超表面是通过将超表面结构与半导体材料或相变材料结合形成的,另一种是通过光泵浦硅片形成的全光器件。全光超表面在不用重新加工的前提下能够被重复使用。通过调整投影在硅片上的超表面图像即可动态操控太赫兹波前。全光超表面具有动态控制波束扫描和波束聚焦的能力,将来可应用于太赫兹通信、太赫兹雷达等领域。最后,对太赫兹波前调制超表面器件的发展趋势与应用前景进行了展望。
太赫兹 超表面 波前调制 功能复用超表面 可调谐超表面 terahertz metasurface wavefront modulation multifunction metasurface tunable metasurface 红外与激光工程
2020, 49(9): 20201033
1 华南理工大学电子与信息学院,广东 广州 510640
2 华南农业大学工程学院,广东 广州 510642
超表面是一种可实现多功能超常电磁调控的超薄型二维阵列平面。它由超材料结构单元组成,可以灵活有效地操控电磁波的相位、极化方式、传播模式等特性,因而在可控智能表面、新型波导结构、电磁波吸收和小型谐振器件等方面展现了广阔的应用前景。本文介绍了超表面的基本概念和背景,同时总结论述了红外和太赫兹波段下,实现完美吸收表面、宽带吸收以及可调吸收等几种超表面器件的设计与发展思路,最后对其潜在问题以及未来趋势进行讨论。
超表面 完美吸收 宽带吸收 可调谐超表面 metasurface perfect absorption broadband absorption tunable metasurface