利用共振非局域超表面推进波前整形：超越查找表的限制

作者;

恩佐·伊斯纳德,塞巴斯蒂安·埃隆,斯蒂芬·兰特里 & 马哈茂德·埃尔萨维

摘要

共振超表面对于满足日益增长的减小厚度和复杂性的需求，同时确保高光学效率至关重要。这对于克服与高纵横比结构相关的制造挑战变得尤为重要，从而实现超表面与电子元件的高级无缝集成。然而，依赖于查找表和局部场近似的传统设计方法通常无法实现最佳性能，尤其是对于非局部谐振超表面。在这项研究中，我们研究了统计学习优化技术在非局部共振超表面中的应用，特别强调了近场耦合在波前整形中的作用，而不仅仅是单晶胞模拟。本研究在共振超表面设计理论概念上取得了重大进展。对于基于透射器的超表面，波束转向设计优于传统设计，实现了令人印象深刻的 80% 效率，而之前的效率为 23%。此外，与传统设计相比，我们优化的扩展焦深超透镜可显著提高 5 倍的焦深，聚焦能力提高 4 倍，整个聚焦区域的光学分辨率优于 600 周期/毫米。此外，我们的研究在反射中展示了波长选择的光束控制偏光栅的卓越性能，实现了超过 85% 的卓越效率。这远远优于经典的梯度相位分布方法，强调了在谐振超表面领域具有突破性应用的巨大潜力。