相位調控
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
相位調控的實例教程
其中：1）相位提取結果為基于FEKO仿真計算的相位分布數據，利用插值算法，按照相位調控表面的尺寸以及單元的尺寸，提取調控單元處的相位分布；2）相位修正結果為依據已經完成設計的相位調控單元的實際相位調節范圍，將待調控相位分布調整至可調控相位區間內；3）單元尺寸計算結果為依據相位修正結果，參照單元相位-尺寸的關系曲線，依據插值擬合算法，計算相應單元尺寸分布，并保存為.xls，為后續建模提供依據。
展開 圖3 光學斯格明子變形后的電場和磁場分布
Case3 把光源 2、3 相位均調為 π/2，斯格明子整體發生定向平移。
圖4 光學斯格明子位移后的電場和磁場分布
總結
本研究通過六邊形狹縫結構結合光源相位調控，成功實現光學斯格明子的形貌形變與位置平移，驗證了相位調控對 SPP 場中光學斯格明子的動態操控有效性。該成果可為磁信息存儲、自旋電子學等領域的拓撲光子器件研發，提供可靠的仿真支撐與技術參考。
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在往期帖子Metasurface- 2011 Science 基于metasurface的異常反射與折射中，我們已經介紹了如何設計光學天線來實現對電磁波的波前調控，而在程老師的這篇工作中，作者是通過設計亥姆霍茲共振腔（Helmholtz resonators, HR）來實現對聲波相位的調控的：
如上圖所示，聲波沿x方向入射，該超表面結構能夠實現對透射相位的任意調控。幾點點評：
1，該聲學超表面的厚度w，僅有λ0/2，每個單元的高度h僅有λ0/10，所以都算是非常亞波長了。
2，由于單個HR對聲波相位的調控能力有限，為了實現0~2π范圍的調控，每個單元由四個HR組成。
3，而多個HR的引入，又會造成阻抗的失配，為了提高透射效率，作者又添加了一條高度h1的通道，在諧振波長λ0入射下，w = λ0/2起到了FP腔的作用，實現了高透射。
我們假設入射聲波頻率1kHz，來確定上述尺寸參數。以h1為變量，我們可以得到透射率和透射相位的變化情況（原圖Fig.2b）：
上圖藍線為透射系數絕對值，表明當h1/h >0.16以后，透射系數都很高接近0.9。而綠線為歸一化的透射相位Φ/2π，則表面可以實現2π范圍內的相位調控。挑選不同的h1/h值，可以仿真得到均勻的相位梯度變化（原圖Fig.2c）：
有木有感覺和2011年metasurface鼻祖文章同一個套路？關于仿真細節，模數哥做些點評：
1，雖然超表面的尺寸比較小，但是此處僅探討原理，不考慮小結構的粘滯損耗，所以我們無需選擇熱聲，只需要選擇Pressure Acoustics, Frequency Domain（acpr）進行仿真。背景環境即為空氣，而超表面結構由3D打印而成，密度和聲速文章均已給出。
展開 其總相位，其中為方位角，為超表面單元的動態相位(由TiO?納米柱尺寸調控)與幾何相位（由納米柱旋轉角產生PB相位2，=±1對應左右圓偏振）的疊加。通過優化納米柱高度h與占空比調節傳播相位差?，結合旋轉角實0-2相位覆蓋，滿足,從而生成攜帶OAM的渦旋光束。
渦旋超透鏡的相位公式：
從該公式可以知道，所謂的渦旋超透鏡實質是在普通聚焦超透鏡的基礎上加載上渦旋相位即可得到渦旋超透鏡，這點與SLM的工作原理類似，也就是普通光束經過SLM調制后都可以得到相應的高階光束。在MATLAB計算的渦旋出來的渦旋相位分布，滿足0到2相位分布。
展開 該超表面單元基于幾何相位設計，其結構從下至上依次為玻璃基板、金層、二氧化硅層以及頂部的金納米棒。通過精確調節金納米棒（長 200 納米、寬 85 納米、高 30 納米，單元周期 300 納米）的旋轉角度實現相位調控，所需相位剖面由幾何光學計算得出。
超表面卡塞格林望遠鏡示意圖（來自原文）
在實驗測試環節，研究團隊在光源后配置帶通濾波器以降低色差，并通過兩個透鏡將望遠鏡所成像放大后投射至 CCD 上。實驗選用玻璃基板上 100nm 厚金膜中的狹縫作為目標物體，設置三張圖的中心距分別為 200 微米、150 微米和 100 微米。結果顯示，該超表面望遠鏡能夠實現 150 微米分辨率的成像，驗證了設計的可行性和有效性。
超表面單元結構示意圖（來自原文）
研究成果的意義與展望
相較于傳統卡塞格林望遠鏡，平面超透鏡的應用極大地簡化了系統結構，同時為光學系統設計帶來了更多可能性。從經典光學儀器到前沿超表面技術，此次研究體現了科技的持續碰撞與創新，也為未來光學望遠鏡領域的發展提供了新的方向與思路，令人對后續的技術突破充滿期待。
A：實驗裝置圖 B：狹縫示意圖 C~F：成像效果圖（來自原文）
OAS 光學軟件的超表面設計功能非常便捷，該功能將構建更為高效、精準的超表面設計流程，進一步推動光學領域的發展。OAS 光學軟件已在超表面設計中展現卓越效能，為科研人員和工程師提供技術保障。
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相位調控的最新內容
關鍵詞：斯格明子；SPP波；光學斯格明子；相位調控
本工作基于表面等離激元（SPP）場，設計六邊形金屬狹縫結構實現光學斯格明子的動態調控，通過時域有限差分法（FDTD）仿真，驗證入射光相位調控可精準改變光學斯格明子的形貌與位置，為拓撲光學結構的可控構建提供仿真依據。
圖3 雙折射透鏡整形系統
（3）衍射光學元件（DOE）
衍射光學元件利用光的波動性實現相位與振幅調控，在小型化、集成化光學系統中不可或缺。其設計核心在于通過迭代算法優化相位分布，避免局部最優解。
當光線穿過自由曲面透鏡時，空間變化的光程直接轉化為對光波相位的精確調控。與超構表面的“微觀離散”相位調控不同，自由曲面在宏觀連續尺度上通過表面雕琢塑造波前。[10]
在制造工藝方面，自由曲面光學的量產路徑分為兩條。模壓成型 是當前消費電子和AR/VR領域的主流工藝——將加熱軟化的玻璃或光學塑料預形體置于精密模具中加壓成型，冷卻后脫模即可獲得自由曲面鏡片。
超表面高階微分器助力光學計算突破4個月前
高階微分器的設計原理
1.Pancharatnam-Berry（PB）相位超表面
PB相位超表面是一類基于幾何相位調控的超表面。其單元結構（如硅納米柱）類似“半波片”，當圓偏振光入射時，通過旋轉納米柱的取向角，可在透射或反射光中引入附加相位。這種相位調制僅依賴于結構取向，對波長不敏感，因此具備寬波段工作潛力，是光學計算的理想載體。
空氣孔洞能調節局部折射率，增強SPPs在金屬-介質界面的模式限制與場增強效應，優化共振特性；同時，孔洞可調控相位匹配條件，實現截止波長與通帶的精準調諧，還能減少傳播損耗，提升耦合效率，使傳輸譜中的共振谷更清晰。
以光瞳函數為核心，實現對衍射光強度與相位的精細化調控。根據像差情況融入像差相位項，實時修正因光學元件誤差導致的成像偏差；依據系統的數值孔徑與入射光波長界定截止頻率，只允許對成像有效的衍射光通過，濾除無效雜光。這一調控機制大幅降低圖形失真風險，同時提高有效衍射光的通行效率，兼顧精度與效率。
基于超表面的渦旋超透鏡通過亞波長結構實現波前相位調控，兼具緊湊性與高性能優勢。本文基于Lumerical FDTD仿真平臺，設計了一種高效生成拓撲電荷數可調的渦旋超透鏡。在設計原理上，通過幾何相位(PB相位)結合傳播相位聯合調控，利用二氧化鈦(TiO2)納米柱陣列對圓偏振入射光進行相位延遲，構建滿足螺旋相位因子的梯度相位分布(l為拓撲荷數，為方位角)。
通過精確調節金納米棒（長 200 納米、寬 85 納米、高 30 納米，單元周期 300 納米）的旋轉角度實現相位調控，所需相位剖面由幾何光學計算得出。
超表面卡塞格林望遠鏡示意圖（來自原文）
在實驗測試環節，研究團隊在光源后配置帶通濾波器以降低色差，并通過兩個透鏡將望遠鏡所成像放大后投射至 CCD 上。
，提高口徑邊緣相位調控效果：觀察上文中的相位調控結果可知，中央區域相位調控效果較好，等相位面相對較為平坦，邊緣區域相位于中央區域還有較大差距，分析原因應為邊緣單元周期性被破壞，相位調控與目標有一定偏差。
通過力矢量控制器FAD-16對GVT試驗中所有激振器進行精確控制，極大的方便了工程師在試驗現場對激振力幅值和相位的統一調控，提高了試驗效率。
