超表面的案例
超表面計量學的光學屬性
光學超表面（MS）是一種新型的平面光學元件，由于其緊湊性、多功能性以及設備集成性的優(yōu)點，正深刻變革著光學設計領域。本期文章將介紹現(xiàn)有的用于超表面檢測的光學計量技術(shù)，包括振幅、偏振、定量相位測量以及疊層成像等 ，最后討論了超表面在光學計量中的應用以及未來的發(fā)展趨勢。
引言
過去十年間，平面結(jié)構(gòu)化光學界面（即超表面）發(fā)展迅猛。超表面本質(zhì)上是平面器件，可借助半導體制造工具和設備進行生產(chǎn)，有望實現(xiàn)晶圓級制造以及與光電子系統(tǒng)集成。盡管超表面發(fā)展前景廣闊，但實現(xiàn)工業(yè)化仍面臨諸多挑戰(zhàn)。其中，確保制造出的超表面達到設計階段預期的光學性能至關(guān)重要，且這一要求需在高產(chǎn)量條件下達成，即同一晶圓上生產(chǎn)的數(shù)千個器件都要滿足性能標準。半導體行業(yè)通過在制造過程中進行多次連續(xù)和并行測量來解決類似問題，因此，超表面光學元件的工業(yè)化生產(chǎn)也需要適配的先進計量技術(shù)，以推動其性能提升，加速系統(tǒng)集成和工業(yè)應用進程。此外，當成功制造超表面后，仍需專用光學計量技術(shù)來驗證其光學特性，而且，超表面集成到系統(tǒng)和復雜器件中時，也需要測量來保證最終產(chǎn)品符合規(guī)格。因此，無論是超表面元件還是完整系統(tǒng)，都需要計量和驗證測試。
超表面原理
超表面是由納米結(jié)構(gòu)元素組成的，這些元素位于分隔兩種介質(zhì)的界面處。這些納米結(jié)構(gòu)可用于控制透射光和反射光的光學特性。超表面的優(yōu)勢是通過在納米結(jié)構(gòu)處對入射光產(chǎn)生相移來實現(xiàn)波前控制。傳統(tǒng)的應用包括可以實現(xiàn)光任意角度偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)器、具有聚光功能的超透鏡、可以投影用戶定義的強度分布的全息圖等。而實現(xiàn)相移的方法可以歸結(jié)為三種類型：
1） 傳播相位型：該種方法利用高縱橫比的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)充當小波導，通過控制結(jié)構(gòu)的有效折射率，即通過控制圓柱直徑，來控制相同高度柱體透射的相位延時，其示意圖如圖1（a）所示。
2） 諧振相位型：該種方法依賴由米氏共振引起光的激發(fā)和散射。其示意圖如圖1（b）所示。
展開 多層超表面革新 | 簡化傳統(tǒng)光學系統(tǒng)
4.超表面對傳統(tǒng)光學系統(tǒng)的革新與設計難題
傳統(tǒng)光學系統(tǒng)通常由多個分立組件構(gòu)成，例如消色差透鏡組需通過多個折射組件的組合實現(xiàn)色差校正，這類系統(tǒng)不僅體積龐大，還需對各組件進行單獨安裝與精準對準，增加了系統(tǒng)設計與制備的復雜度。而通過特定設計的多層超表面，可有效替代傳統(tǒng)光學系統(tǒng)的復雜結(jié)構(gòu)：例如將多個特殊設計的超表面集成，能夠?qū)崿F(xiàn)微分計算、邊緣提取等功能；采用結(jié)構(gòu)連續(xù)化的三維超表面，則可完成光譜與偏振的分類處理。
多層超表面（來自原文）
值得注意的是，超表面的復雜結(jié)構(gòu)往往需要通過逆向設計與優(yōu)化算法獲取，而其緊密的層間間隔與單元間耦合效應，要求建立高精度的全波仿真模型。當前仿真工具的效率仍難以滿足復雜超表面設計的需求，開發(fā)更高效的仿真技術(shù)，成為未來超表面研究的重要方向之一。
5.超表面在納米尺度光計算領域的應用與局限
由于光信號具有高速傳播的特性，在納米尺度構(gòu)建基于光信號的快速、低功耗計算系統(tǒng)，一直是科研人員的重要研究目標，而光學超表面恰好為這一目標的實現(xiàn)提供了理想平臺。光信號處理作為成熟領域，傳統(tǒng)技術(shù)通常依賴透鏡實現(xiàn)光的傅里葉變換，而超表面的引入可大幅縮小系統(tǒng)體積。基于此，已有研究團隊利用超表面開展光計算相關(guān)研究，例如實現(xiàn)對輸入光信號的微分、積分、卷積等運算。
超表面用于計算與信號處理（來自原文）
然而，當前基于超表面的模擬光學計算與信息處理技術(shù)仍存在明顯局限，主要包括制造過程中產(chǎn)生的缺陷影響、系統(tǒng)運行中的噪聲積累，以及可實現(xiàn)的運算類型較為有限等問題，這些均需在后續(xù)研究中進一步解決。
OAS 光學軟件的超表面設計功能非常便捷，該功能將構(gòu)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(fā)展。
展開 VirtualLab：超透鏡與超表面全息
超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設計難度遠遠超過了傳統(tǒng)鏡片，因為必須考慮到納米級構(gòu)件的特性。
VirtualLab Fusion的優(yōu)勢
□ 統(tǒng)一的平臺：具有將納米級構(gòu)建模塊和大尺寸復合透鏡/表面作為整體的求解器
□ 從Zemax中導入功能型設計，或通過公式直接定義
□ 內(nèi)置了嚴格的傅里葉模態(tài)法（FMM），也稱為嚴格耦合波法（RCWA），包含完全矢量信息
□ 應用便捷的圖形用戶界面來設置納米構(gòu)建模塊，比如典型的納米片（Nanofin）和納米柱（Nanopillar）
□ 查找表的概念將嚴格的構(gòu)建模塊分析結(jié)果與大尺寸超透鏡/表面建模相聯(lián)系
超透鏡
□ 超透鏡的功能特性可以通過多項式系數(shù)來具體表示，比如從Zemax中導入。
□ 仿真可以在不同的層面上進行：可以基于理想模型進行仿真，也可以直接結(jié)合納米構(gòu)建模塊特性進行仿真。
□ 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學系統(tǒng)中。
超全息圖
□ 傳統(tǒng)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現(xiàn)相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。
□ 這種相位輪廓也可以通過具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來實現(xiàn)。
□ 使用超表面構(gòu)建模塊，可以以一種直接的方式設計高數(shù)值孔徑全息圖。
納米片（Nanofin）構(gòu)建模塊
□ Nanofin結(jié)構(gòu)的工作原理是基于雙折射原理。它的相位操縱是通過單個Nanofin的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。
□ 為了實現(xiàn)其作為半波片的功能，必須仔細優(yōu)化Nanofin的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
□ 由于雙折射特性，以Nanofin為構(gòu)建模塊的超透鏡具有偏振敏感性。
納米柱（Nanopillar）構(gòu)建模塊
□ 由高折射率材料制成的旋轉(zhuǎn)對稱Nanopillar是另一種常見的超表面構(gòu)建模塊。
展開 AI賦能超表面設計 | 突破光學設計局限
原文信息
原文標題：“AI for optical metasurface”
第一作者：Akira Ueno、Juejun Hu、Sensong An
超表面的特性與商業(yè)化需求
作為一種由亞波長單元構(gòu)成的二維人造材料陣列結(jié)構(gòu)，超表面能夠憑借特定的結(jié)構(gòu)設計與排列，實現(xiàn)對光波相位、振幅和偏振的有效調(diào)控。歷經(jīng)多年發(fā)展，超表面正逐步從實驗室邁向商業(yè)市場。要達成這一轉(zhuǎn)變，需要更先進準確的超表面單元設計方法，要考慮加工制造過程中的偏差，還需引入特定處理算法以提升光學性能。那么，超表面怎樣才能 “走進千家萬戶” 呢？人工智能給出了一套可行的解決方案。
AI X 超表面（來自原文）
AI 助力超表面單元設計突破局限
當前，超表面單元設計廣泛采用的方法以周期性邊界條件近似假設為基礎。當相鄰單元的耦合較弱且相位梯度較小時，這種方法可以快速設計出符合要求的超表面。但在該框架下，無法設計出具有大數(shù)值孔徑和視場角的超表面（Metasurface）或超透鏡（Metalens），而這恰恰是超表面相較于傳統(tǒng)光學和衍射光學元件（DOE）的核心優(yōu)勢。
AI與超表面單元設計案例（來自原文）
近年來，研究人員提出了幾種新穎的深度神經(jīng)網(wǎng)絡（DNN）模型，這些模型將相鄰單元的形貌納入輸入范圍，并利用大型數(shù)據(jù)集來識別實際邊界條件下不同相鄰單元產(chǎn)生的影響。例如，以目標單元和與其最相鄰的八個單元作為輸入，來預測目標單元的響應。利用時域有限差分法（FDTD）獲取充足的訓練數(shù)據(jù)后，模型能夠充分考慮單元之間的相互耦合，進而輸出高效率的超表面單元結(jié)構(gòu)。
AI 應對超表面制造與封裝偏差
在超表面的生產(chǎn)制造與封裝過程中，必然會存在偏差，這是超表面設計中無法回避的問題。
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[VirtualLab] 超透鏡與超表面全息
超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設計難度遠遠超過了傳統(tǒng)鏡片，因為必須考慮到納米級構(gòu)件的特性。
VirtualLab Fusion的優(yōu)勢
? 統(tǒng)一的平臺：具有將納米級構(gòu)建模塊和大尺寸復合透鏡/表面作為整體的求解器
? 從Zemax中導入功能型設計，或通過公式直接定義
? 內(nèi)置了嚴格的傅里葉模態(tài)法（FMM），也稱為嚴格耦合波法（RCWA），包含完全矢量信息
? 應用便捷的圖形用戶界面來設置納米構(gòu)建模塊，比如典型的納米片（Nanofin）和納米柱（Nanopillar）
? 查找表的概念將嚴格的構(gòu)建模塊分析結(jié)果與大尺寸超透鏡/表面建模相聯(lián)系
超透鏡
? 超透鏡的功能特性可以通過多項式系數(shù)來具體表示，比如從Zemax中導入。
? 仿真可以在不同的層面上進行：可以基于理想模型進行仿真，也可以直接結(jié)合納米構(gòu)建模塊特性進行仿真。
? 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學系統(tǒng)中。
超全息圖
? 傳統(tǒng)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現(xiàn)相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。
? 這種相位輪廓也可以通過具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來實現(xiàn)。
? 使用超表面構(gòu)建模塊，可以以一種直接的方式設計高數(shù)值孔徑全息圖。
納米片（Nanofin）構(gòu)建模塊
? Nanofin結(jié)構(gòu)的工作原理是基于雙折射原理。它的相位操縱是通過單個Nanofin的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。
展開 超透鏡與超表面全息
超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設計難度遠遠超過了傳統(tǒng)鏡片，因為必須考慮到納米級構(gòu)件的特性。
VirtualLab Fusion的優(yōu)勢
? 統(tǒng)一的平臺：具有將納米級構(gòu)建模塊和大尺寸復合透鏡/表面作為整體的求解器
? 從Zemax中導入功能型設計，或通過公式直接定義
? 內(nèi)置了嚴格的傅里葉模態(tài)法（FMM），也稱為嚴格耦合波法（RCWA），包含完全矢量信息
? 應用便捷的圖形用戶界面來設置納米構(gòu)建模塊，比如典型的納米片（Nanofin）和納米柱（Nanopillar）
? 查找表的概念將嚴格的構(gòu)建模塊分析結(jié)果與大尺寸超透鏡/表面建模相聯(lián)系
超透鏡
? 超透鏡的功能特性可以通過多項式系數(shù)來具體表示，比如從Zemax中導入。
? 仿真可以在不同的層面上進行：可以基于理想模型進行仿真，也可以直接結(jié)合納米構(gòu)建模塊特性進行仿真。
? 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學系統(tǒng)中。
超全息圖
? 傳統(tǒng)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現(xiàn)相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。
? 這種相位輪廓也可以通過具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來實現(xiàn)。
? 使用超表面構(gòu)建模塊，可以以一種直接的方式設計高數(shù)值孔徑全息圖。
納米片（Nanofin）構(gòu)建模塊
? Nanofin結(jié)構(gòu)的工作原理是基于雙折射原理。它的相位操縱是通過單個Nanofin的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。
? 為了實現(xiàn)其作為半波片的功能，必須仔細優(yōu)化Nanofin的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
? 由于雙折射特性，以Nanofin為構(gòu)建模塊的超透鏡具有偏振敏感性。
展開 激光空間相干性調(diào)控 | 超表面全息偽影抑制的新策略
抑制時間相關(guān)性（引入多波長）的效果（來自原文）
04/研究意義與應用前景
本文提出的激光空間相干性調(diào)控技術(shù)，相當于為超表面全息技術(shù)配備了一位“精準燈光師”——無需像傳統(tǒng)方法那樣費力修補超表面的制備瑕疵（類似“后期修圖”），而是通過巧妙調(diào)控照明光的空間相干性，從根源上讓瑕疵“不可見”，大幅降低了超表面全息的應用門檻。
研究團隊認為，該技術(shù)有望推動超表面全息早日走出實驗室，助力緊湊、高效、高性能的超表面器件在AR/VR顯示、安全加密、信息存儲等面向未來的領域?qū)崿F(xiàn)實際應用，為相關(guān)領域的技術(shù)突破提供重要支撐。
展開 離軸干涉系統(tǒng) | 賦能超表面性能精準檢測
幾何相位與傳輸相位的超透鏡（來自原文）
利用該裝置，研究團隊對幾何相位超表面和傳輸相位超表面開展測試。結(jié)果顯示，超表面整體性能與理論設計相符，但邊緣因相位梯度大存在明顯偏差。此外，通過離焦像差最小化方法可測定超透鏡焦距，所得相位分布數(shù)據(jù)還可用于計算 PSF、OTF、MTF 等重要光學參數(shù)，為超表面的性能評估與優(yōu)化提供了全面的數(shù)據(jù)支持。
相位與波像差測量結(jié)果（來自原文）
OAS 光學分析軟件的超表面設計功能非常便捷，該功能將構(gòu)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(fā)展。OAS 光學分析軟件已在超表面設計中展現(xiàn)卓越效能，為科研人員和工程師提供技術(shù)保障。
展開 Feature Article：便捷加工厘米級超表面透鏡——基于水溶性模具的納米壓印技術(shù)
在微納光子學領域中，相關(guān)研究往往與超表面（meta-surfaces）這一概念聯(lián)系在一起 [1,2]。超表面是由微納尺度的結(jié)構(gòu)單元鋪成的二維平面，每個單元對入射到其位置的光進行調(diào)制，所有結(jié)構(gòu)加起來實現(xiàn)對光的總調(diào)制。當前幾乎所有常用的光學元件，例如透鏡、偏振鏡、濾光片，都能被體積更小的超表面實現(xiàn)。
如何獲得一片超表面？這需要經(jīng)過兩個步驟：設計與加工。對于設計，人們根據(jù)擬實現(xiàn)的超表面，對每個結(jié)構(gòu)單元進行參數(shù)化，即確定在什么空間位置對反射或透射光的幅度、相位或極化進行怎樣的改變。而后利用仿真軟件，通過掃描結(jié)構(gòu)的幾何與電磁參數(shù)，設計出結(jié)構(gòu)單元。雖然設計過程以數(shù)值仿真為主，但指導與理解設計依賴于微納光子學中的物理概念，包括諧振、幾何相位、傳播相位等等。
設計完成后，人們對超表面進行加工。超表面結(jié)構(gòu)單元尺寸通常有幾百納米，而細部尺寸可能僅有幾十納米。電子束光刻 (electron-beam lithography)具有高精度的優(yōu)勢，是目前人們加工超表面的首選方法。然而電子束光刻受制于成本高、產(chǎn)量低的缺點，不能滿足以應用為主要目的，高產(chǎn)量加工的需求。因此，發(fā)展兼具納米精度、成本低、高產(chǎn)量的超表面加工技術(shù)是超表面從實驗室走向產(chǎn)品應用的核心關(guān)鍵。
論文導讀
有別于電子束光刻，納米壓印兼具低成本、高產(chǎn)量和高分辨率的優(yōu)勢[3]。顧名思義，納米壓印通過機械“壓印”的方式將主模板的圖形轉(zhuǎn)移到另一媒介上，如同印章過程。
展開 聲學超表面- 2015-PRA 基于聲學metasurface的異常折射
2，模型的邊界條件需要注意，超材料部分避免使用聲硬邊界（Sound Hard Boundary, Wall)造成誤差。
3，高透射，表明超表面的FP腔效果非常好。
在設計器件之前，我們還要對該超表面的色散進行研究，即頻率選擇性。首先是不同超表面單元的透射系數(shù)（原圖Fig.3a）：
上圖所示，在0.9~1.05f0范圍內(nèi)，所有超表面單元（八條曲線）的透射系數(shù)變化較小。然后就是透射相位的色散情況（原圖Fig.3b）：
上圖所示，透射相位歲頻率的變化，在諧振頻率f0附近還是很平坦的。在模數(shù)哥看來，這個Fig.3b對于相位色散的仿真計算，是本文的最難點。一不留神，就會得到這樣的錯誤結(jié)果：
而這里面的數(shù)學，以及如何在Comsol和Matlab中進行處理，模數(shù)哥在之前的帖子里面早已詳細闡述過，詳見Nano photonics- Comsol仿真石墨烯Graphene超材料metamaterial，此處不再展開。
對該超表面的性質(zhì)進行了細致研究之后，我們就可以進行各種聲場的波前調(diào)控了，首先設計一個異常折射（原圖Fig.4a）：
通過合理地設計這些超表面結(jié)構(gòu)，我們可以實現(xiàn)對正入射聲波的38°異常折射。至于為什么要設計成38°呢，其實數(shù)學上很好介紹。感興趣的朋友可以讀讀原文。
至此，關(guān)于這篇聲學超表面的文章就介紹完了。下面是幾點點評：
1，模數(shù)哥早就說過了，聲、光不分家。光學里的很多概念都可以在聲學里找到對應物。但是想把聲和光耦合起來，就非常困難了，畢竟兩個波的頻率相差太大，波矢（動量）失配太多了，模數(shù)哥以后會介紹這方面的大作。
2，正是因為光和聲在波動方面的一致性，所以其中的物理規(guī)律都非常一致。以至于仿真建模也是非常得像，邊界條件的選取，網(wǎng)格的劃分，都遵從一樣的道理。
展開 超表面賦能結(jié)構(gòu)光三維重建 | 實現(xiàn)超大視場高精度實時重建
</p><p><br></p><p>技術(shù)優(yōu)勢與前沿應用展望</p><p>與傳統(tǒng)激光點云三維重建技術(shù)相比，基于超表面的結(jié)構(gòu)光技術(shù)具有兩大核心優(yōu)勢：一是顯著提升視場角覆蓋范圍，二是在系統(tǒng)集成性上表現(xiàn)出突出優(yōu)勢。該技術(shù)為實時虛擬現(xiàn)實（VR）、全息通信、數(shù)字城市建設等前沿領域的發(fā)展奠定基礎，未來有望在上述領域拓展更廣泛的應用場景，具備廣闊的技術(shù)應用潛力。</p><p><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong style="color: rgb(13, 80, 201);">OAS 光學軟件的超表面設計功能非常便捷</strong>，該功能將構(gòu)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(fā)展。OAS 光學軟件已在超表面設計中展現(xiàn)卓越效能，為科研人員和工程師提供技術(shù)保障。</p>
展開 
超表面與AOD級聯(lián) | 實現(xiàn)激光雷達大視場角
圖3 三維廣角成像測試
OAS 光學軟件的超表面設計功能非常便捷，該功能將構(gòu)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(fā)展。OAS 光學軟件已在超表面設計中展現(xiàn)卓越效能，為科研人員和工程師提供技術(shù)保障。
超表面高階微分器助力光學計算突破
3.超表面實現(xiàn)任意階微分
研究團隊提出了一種通用設計方法：通過調(diào)控PB超表面的相位梯度φ(kx)，使其滿足sin(φ(kx))∝(ikx) 。當輸入光場通過4f成像系統(tǒng)（由兩個透鏡組成的傅里葉變換系統(tǒng)）時，超表面位于傅里葉平面，對輸入圖像的頻譜進行調(diào)制，最終在輸出端得到n階微分結(jié)果。
圖1 利用PB元表面進行高階光學模擬微分運算。第一列(a、d和g)、第二列(b、e和h)和第三列(c、f和i)分別對應于一階、三階和五階微分；第一行表示PB元表面的梯度相位；第二行示出了對應的計算出的光學傳遞函數(shù)；第三行對應于沿著白色虛線的場分布，其中藍色點和紅色線分別是模擬結(jié)果和擬合曲線。
關(guān)鍵技術(shù)突破：
相位梯度設計：通過泰勒展開近似，將超表面的相位梯度設計為φn(kx)=cn(kx) ，并通過調(diào)整系數(shù)c 擴展工作區(qū)域。
多階復用：單個超表面集成不同方向的相位梯度，通過角度復用實現(xiàn)多階并行微分。
圖2 高階微分元表面表征。（a）元表面的結(jié)構(gòu)；（b）所設計的PB超表面的梯度相位；（c）制造的超穎表面的SEM圖像；（d）和（e）用于測量光學傳遞函數(shù)和進行高斯基模高階導數(shù)的實驗裝置
實驗驗證：五階微分與超分辨率成像
1.五階微分實驗
研究團隊制備了硅基PB超表面（單元結(jié)構(gòu)為197×95×600 nm的納米柱），并在實驗中成功實現(xiàn)了一階至五階微分。以高斯光束為例，其五階微分結(jié)果呈現(xiàn)典型的厄米特-高斯模式，與理論預測高度吻合。對“貓”形強度圖像和“方框”相位圖像的微分實驗進一步證明，高階微分可顯著增強邊緣細節(jié)，且峰值數(shù)量與微分階數(shù)一致。
圖3 高階光學微分的實驗觀測
2.超越瑞利極限：光學超分辨率
傳統(tǒng)光學成像受限于衍射極限（瑞利判據(jù)），無法分辨距離小于瑞利距離的兩個點光源。
展開 超表面重構(gòu)卡塞格林望遠鏡 | 從傳統(tǒng)架構(gòu)到新型光學系統(tǒng)
基于超表面的卡塞格林望遠鏡研究
針對傳統(tǒng)卡塞格林望遠鏡體積龐大的問題，李貴新教授團隊進行了創(chuàng)新性研究，設計出一套基于超表面的卡塞格林望遠鏡，以超表面替代傳統(tǒng)系統(tǒng)中的曲面鏡。該超表面單元基于幾何相位設計，其結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)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(zhuǎn)角度實現(xiàn)相位調(diào)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(huán)節(jié)，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(jié)果顯示，該超表面望遠鏡能夠?qū)崿F(xiàn) 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(jié)構(gòu)示意圖（來自原文）
研究成果的意義與展望
相較于傳統(tǒng)卡塞格林望遠鏡，平面超透鏡的應用極大地簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時為光學系統(tǒng)設計帶來了更多可能性。從經(jīng)典光學儀器到前沿超表面技術(shù)，此次研究體現(xiàn)了科技的持續(xù)碰撞與創(chuàng)新，也為未來光學望遠鏡領域的發(fā)展提供了新的方向與思路，令人對后續(xù)的技術(shù)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(gòu)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(fā)展。OAS 光學軟件已在超表面設計中展現(xiàn)卓越效能，為科研人員和工程師提供技術(shù)保障。
展開 薄膜型聲學超表面設計與可調(diào)節(jié)性研究
而低頻噪聲由于具有波長大、穿透性強、傳播距離遠等特點，根據(jù)質(zhì)量作用定律，傳統(tǒng)的隔聲材料需要通過不斷增加材料的重量、體積來提升低頻隔聲效果，一方面顯著增加了隔聲成本，另一方面也占用了大量有效空間，因此，如何在不顯著增加材料重量和體積的前提下提升低頻隔聲效果(即打破質(zhì)量作用定律的限制)是隔聲領域中研究難點
研究內(nèi)容：
結(jié)合薄膜型聲學超材料與聲學超表面在低頻降噪領域的優(yōu)越性，設計一種薄膜型聲學超表面，研究超寬帶低頻隔聲的可能性。致力于實現(xiàn)低頻寬帶隔聲降噪并實現(xiàn)隔聲帶的可調(diào)節(jié)性。
圖1. 薄膜型聲學超表面的結(jié)構(gòu)示意圖
技術(shù)路線：
在COMSOL軟件中對薄膜型聲學超表面的隔聲特性進行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對入射口出射口積分，計算入射、出射聲功率。設置薄膜的預應力，模型框架設置邊界固定條件，并劃分自由四面體網(wǎng)格。在采用壓力聲學頻域和固體力學兩個物理場接口。
建立薄膜聲學超表面的幾何模型并完成網(wǎng)格的劃分：
圖2.幾何模型的構(gòu)建
圖3.網(wǎng)格的劃分
圖4.薄膜聲學超表面的預應力對隔聲損失的影響
圖5.論文中的預應力對隔聲損失的影響
基于以上分析，可改變參數(shù)對其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學超表面的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。
最后,有相關(guān)需求歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們聯(lián)絡
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