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超透鏡和超表面因其操縱電磁場(chǎng)的獨(dú)特特性而在科學(xué)上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設(shè)計(jì)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)鏡片，因?yàn)楸仨毧紤]到納米級(jí)構(gòu)件的特性。

□ 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中。超全息圖□ 傳統(tǒng)的相位全息圖通過(guò)在透明基底上刻蝕不同的深度來(lái)實(shí)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(guò)具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來(lái)實(shí)現(xiàn)。□ 使用超表面構(gòu)建模塊，可以以一種直接的方式設(shè)計(jì)高數(shù)值孔徑全息圖。

而透射/反射效率用于表征該量，其被定義為由超表面透射/反射的功率與入射到超表面孔徑上功率之間的比率。當(dāng)超表面尺寸大于光學(xué)探測(cè)光束直徑時(shí)，使用功率計(jì)即可便捷測(cè)量效率；而對(duì)于微米尺寸的小面積超表面，由于光學(xué)探測(cè)光束通常比超表面孔徑寬，則需對(duì)器件成像并選取超表面孔徑區(qū)域的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，也可使用 CCD 相機(jī)拍照并進(jìn)行數(shù)值后處理歸一化操作。

Kuznetsov 的研究視角，系統(tǒng)梳理光學(xué)超表面 “黃金時(shí)代” 的發(fā)展脈絡(luò)與核心方向。 超表面的發(fā)展路線（來(lái)自原文）2.超透鏡：超表面的核心應(yīng)用載體與挑戰(zhàn)作為超表面的重要應(yīng)用形式，超透鏡憑借緊湊的尺寸與高效的光線調(diào)控能力，成為區(qū)別于傳統(tǒng)光學(xué)元件的關(guān)鍵技術(shù)突破口。

近期，一項(xiàng)發(fā)表于《Nature》的研究提出了一種基于超表面的高階光學(xué)微分器，不僅實(shí)現(xiàn)了五階微分，還將其應(yīng)用于光學(xué)超分辨率成像，分辨率突破瑞利極限，為半導(dǎo)體納米制造中的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)提供了全新工具。高階微分器的設(shè)計(jì)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(diào)控的超表面。

本文復(fù)現(xiàn)了超表面中偏振轉(zhuǎn)換型超表面，參考的文獻(xiàn)是《一種超寬帶反射型極化轉(zhuǎn)換超表面設(shè)計(jì)》-于惠存，一種超寬帶反射型極化轉(zhuǎn)換超表面設(shè)計(jì)_于惠存.pdf具體模型如下在介質(zhì)板上面鋪有H型金屬片，在介質(zhì)板下方有一整塊金屬將電磁波完全反射。左旋圓偏光入射到該超表面上，反射光為右旋圓偏光。實(shí)現(xiàn)對(duì)反射光的一種偏振轉(zhuǎn)換。

針對(duì)上述偽影問(wèn)題，雖可通過(guò)深度學(xué)習(xí)等技術(shù)計(jì)算更精準(zhǔn)的相位分布、設(shè)計(jì)更合理的超表面結(jié)構(gòu)，但對(duì)于包含數(shù)萬(wàn)個(gè)納米單元的大面積超表面而言，精確模擬并補(bǔ)償所有干擾效應(yīng)需消耗極高的算力資源，成為超表面全息走向?qū)嶋H應(yīng)用的主要“攔路虎”。

然而，納米壓印用于超表面加工依然存在著許多問(wèn)題。首先，超表面通常由折射率較高的材料構(gòu)成，如TiO2，Si，金屬等等。而納米壓印的材料一般折射率較低，例如PDMS。因此，壓印完成后通常需要進(jìn)行二次加工，包括沉積高折射率材料以及蝕刻垂直結(jié)構(gòu)。在此過(guò)程中，額外的加工缺陷不可避免被引入，從而破化超表面的光學(xué)性能。其次，超表面結(jié)構(gòu)單元常要求高深寬比，例如超表面透鏡。

建立薄膜聲學(xué)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(xué)超表面的預(yù)應(yīng)力對(duì)隔聲損失的影響 圖5.論文中的預(yù)應(yīng)力對(duì)隔聲損失的影響 基于以上分析，可改變參數(shù)對(duì)其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。

（來(lái)自原文）</p><p><br></p><p>超表面核心參數(shù)與設(shè)計(jì)優(yōu)化</p><p>選用基于幾何相位的非晶硅納米塊作為超表面單元，通過(guò)調(diào)整單元轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。

幾何相位與傳輸相位的超透鏡（來(lái)自原文）利用該裝置，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)幾何相位超表面和傳輸相位超表面開(kāi)展測(cè)試。結(jié)果顯示，超表面整體性能與理論設(shè)計(jì)相符，但邊緣因相位梯度大存在明顯偏差。此外，通過(guò)離焦像差最小化方法可測(cè)定超透鏡焦距，所得相位分布數(shù)據(jù)還可用于計(jì)算 PSF、OTF、MTF 等重要光學(xué)參數(shù)，為超表面的性能評(píng)估與優(yōu)化提供了全面的數(shù)據(jù)支持。

包含的文件截圖：詳細(xì)描述：如上圖所示，該器件是由 L 形金天線構(gòu)成的超表面，超表面上分成 8 個(gè)區(qū)域，對(duì)應(yīng)不同的 h 和 r 尺寸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相位的調(diào)制。超表面的排列周期 P = 1.5 mm，t1 = 300 nm，工作頻率是 0.1 THz。x方向偏振的高斯光束從下往上入射到超表面，能夠輸出一個(gè)渦旋光。

仿真計(jì)算將提供超聲波信號(hào)的響應(yīng)和分布。6. 分析結(jié)果：通過(guò)分析仿真結(jié)果中的超聲波信號(hào)特征，例如幅值、時(shí)間延遲和波形等，可以確定表面裂紋的位置、大小和性質(zhì)。COMSOL提供了豐富的后處理工具，用于可視化和分析仿真結(jié)果。

點(diǎn)擊藍(lán)字 關(guān)注我們 光波導(dǎo)+超表面解決方案線下活動(dòng)當(dāng)下，AR/VR、光通信、超透鏡、微納成像等領(lǐng)域飛速發(fā)展，光波導(dǎo)作為 AR 顯示核心、超表面作為光學(xué)系統(tǒng)小型化關(guān)鍵，設(shè)計(jì)與仿真難度陡增。2026年5月15日，OAS 光學(xué)軟件光波導(dǎo)仿真 + 超表面仿真解決方案線下活動(dòng)將于上海舉辦，助您掌握光波導(dǎo)/超表面仿真設(shè)計(jì)核心技能。

基于超表面的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡研究針對(duì)傳統(tǒng)卡塞格林望遠(yuǎn)鏡體積龐大的問(wèn)題，李貴新教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了創(chuàng)新性研究，設(shè)計(jì)出一套基于超表面的卡塞格林望遠(yuǎn)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(shè)計(jì)，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。

在每種情況下，表面都將入射波前的相位轉(zhuǎn)換為符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的特定輸出相位。平面表面可以實(shí)現(xiàn)通常通過(guò)光滑表面進(jìn)行的相同相位變換。本文探討了設(shè)計(jì)平面透鏡的基本原理，包括菲涅爾透鏡、衍射透鏡和超透鏡。所有示例均使用VirtualLab Fusion (VLF) 軟件進(jìn)行。新引入的技術(shù)和功能計(jì)劃于2025年發(fā)布到VLF。

? 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中。 超全息圖? 傳統(tǒng)的相位全息圖通過(guò)在透明基底上刻蝕不同的深度來(lái)實(shí)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(guò)具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來(lái)實(shí)現(xiàn)。? 使用超表面構(gòu)建模塊，可以以一種直接的方式設(shè)計(jì)高數(shù)值孔徑全息圖。

在光學(xué)領(lǐng)域，光學(xué)超表面可通過(guò)亞波長(zhǎng)微結(jié)構(gòu)對(duì)光的偏振、相位、振幅等進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，為光學(xué)系統(tǒng)的小型化與集成化提供了新途徑。 OAS 光學(xué)軟件具備強(qiáng)大的超表面功能，能助力科研人員與工程師便捷高效地進(jìn)行超表面相關(guān)設(shè)計(jì)與分析，其智能且方便的特性，極大地提升了超表面設(shè)計(jì)工作的效率與質(zhì)量 。

在每種情況下，表面都將入射波前的相位轉(zhuǎn)換為符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的特定輸出相位。平面表面可以實(shí)現(xiàn)通常通過(guò)光滑表面進(jìn)行的相同相位變換。本文探討了設(shè)計(jì)平面透鏡的基本原理，包括菲涅爾透鏡、衍射透鏡和超透鏡。所有示例均使用VirtualLab Fusion (VLF) 軟件進(jìn)行。新引入的技術(shù)和功能計(jì)劃于2025年發(fā)布到VLF。

建立薄膜聲學(xué)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(xué)超表面的預(yù)應(yīng)力對(duì)隔聲損失的影響 圖5.論文中的預(yù)應(yīng)力對(duì)隔聲損失的影響基于以上分析，可改變參數(shù)對(duì)其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。