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超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學(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。

超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學(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。

在之前的文章中，我們介紹了如何在高頻電磁學(xué)中對一種2D材料（石墨烯）進行建模。事實證明，2D 材料，如石墨烯，也可以支持表面等離激元。畢竟，具有高導(dǎo)電性的石墨烯表現(xiàn)得像金屬。主要區(qū)別在于貴金屬通常在可見光或紫外范圍內(nèi)具有等離子體頻率，這意味著金屬在光學(xué)頻率下支持表面等離激元。另一方面，石墨烯在紅外狀態(tài)下支持表面等離激元，使其成為某些應(yīng)用獨特且有利的材料，例如紅外收集和超材料。

本文復(fù)現(xiàn)了超表面中偏振轉(zhuǎn)換型超表面，參考的文獻是《一種超寬帶反射型極化轉(zhuǎn)換超表面設(shè)計》-于惠存，一種超寬帶反射型極化轉(zhuǎn)換超表面設(shè)計_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。實現(xiàn)對反射光的一種偏振轉(zhuǎn)換。

對于設(shè)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(shè)計出結(jié)構(gòu)單元。雖然設(shè)計過程以數(shù)值仿真為主，但指導(dǎo)與理解設(shè)計依賴于微納光子學(xué)中的物理概念，包括諧振、幾何相位、傳播相位等等。 設(shè)計完成后，人們對超表面進行加工。

超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學(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。

相應(yīng)地，光柵分析必須使用基于矢量電磁場原理的方法。本課程使用光之?dāng)?shù)字模型平臺VirtualLab Fusion，介紹如何使用傅里葉模態(tài)法對光柵進行嚴格精確的仿真。課程涵蓋的光柵示例既有表面型光柵，也有全息型體光柵，例如傾斜光柵、閃耀光柵、用于光學(xué)超透鏡的Nanopillar結(jié)構(gòu)等。此外還會介紹超表面的設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化和大角度超光柵仿真。該課程無需軟件基礎(chǔ)。

利用多層超表面制作空間板模型分層超材料（"空間板"）用于模仿自由空間中比元件實際厚度長得多的傳播，同時保持原始光學(xué)系統(tǒng)的成像特性。分層介質(zhì)元件本用例介紹了分層介質(zhì)元件，并概述了其選項、設(shè)置和電磁場求解器。

，由周期性或準周期性的亞波長單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成，能靈活調(diào)控電磁波的偏振、振幅、相位等特性。

從功能透鏡的規(guī)格開始，設(shè)計透鏡表面的目標是用一個物理透鏡替代功能透鏡，以實現(xiàn)指定的單場或多場轉(zhuǎn)換。在近軸近似內(nèi)，表面的設(shè)計通過單個球面解決。幻燈片 #8-13讓讓我們詳細研究實現(xiàn)單場轉(zhuǎn)換的單個透鏡表面的設(shè)計。透鏡表面的設(shè)計可以基于物理光學(xué)的原理，即電磁場的相位在不同介電介質(zhì)之間的界面上保持不變。這一陳述是折射定律的另一種表達方式。

從功能透鏡的規(guī)格開始，設(shè)計透鏡表面的目標是用一個物理透鏡替代功能透鏡，以實現(xiàn)指定的單場或多場轉(zhuǎn)換。在近軸近似內(nèi)，表面的設(shè)計通過單個球面解決?；脽羝?#8-13讓讓我們詳細研究實現(xiàn)單場轉(zhuǎn)換的單個透鏡表面的設(shè)計。透鏡表面的設(shè)計可以基于物理光學(xué)的原理，即電磁場的相位在不同介電介質(zhì)之間的界面上保持不變。這一陳述是折射定律的另一種表達方式。

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)探測光束直徑時，使用功率計即可便捷測量效率；而對于微米尺寸的小面積超表面，由于光學(xué)探測光束通常比超表面孔徑寬，則需對器件成像并選取超表面孔徑區(qū)域的信號進行測量，也可使用 CCD 相機拍照并進行數(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 “黃金時代” 的發(fā)展脈絡(luò)與核心方向。 超表面的發(fā)展路線（來自原文）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)對準提供了全新工具。高階微分器的設(shè)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(diào)控的超表面。

針對上述偽影問題，雖可通過深度學(xué)習(xí)等技術(shù)計算更精準的相位分布、設(shè)計更合理的超表面結(jié)構(gòu)，但對于包含數(shù)萬個納米單元的大面積超表面而言，精確模擬并補償所有干擾效應(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”。

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)力對隔聲損失的影響 圖5.論文中的預(yù)應(yīng)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(xué)超表面的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。

（來自原文）</p><p><br></p><p>超表面核心參數(shù)與設(shè)計優(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，通過調(diào)整單元轉(zhuǎn)角實現(xiàn)相位調(diào)制。

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(shè)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(xué)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。

包含的文件截圖：詳細描述：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 個區(qū)域，對應(yīng)不同的 h 和 r 尺寸，從而實現(xiàn)對相位的調(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，能夠輸出一個渦旋光。

仿真計算將提供超聲波信號的響應(yīng)和分布。6. 分析結(jié)果：通過分析仿真結(jié)果中的超聲波信號特征，例如幅值、時間延遲和波形等，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。