超表面是一種特殊的二維平面超材料,通過在超單元的兩側(cè)引入不連續(xù)變化的電磁波響應,可以高效地按照預想來操控反射和透射波的相位、振幅、以及極化。相比于傳統(tǒng)三維超材料,亞波長超表面具有更短傳播距離因而其吸收損耗小、重量輕體積小更易制作和集成。超表面已經(jīng)在天線、傳感、主動元器件、以及集成技術(shù)等方面展現(xiàn)了巨大應用潛力。高頻段特別是光波段的金屬超表面存在著很高的本征歐姆損耗,而電介質(zhì)材料則展現(xiàn)了更小的損耗,因此高性能的電介質(zhì)超表面得到了快速發(fā)展。通過調(diào)節(jié)亞波長高折射率電介質(zhì)超單元的幾何參數(shù),可以提供豐富而強度相近的電和磁Mie共振。將由電介質(zhì)超表面激發(fā)的不同電磁共振散射模式在空間中進行相長或相消干涉,從而進行電磁波相位、振幅、極化的操控。因此,電介質(zhì)超表面在拓撲光子學、光學天線、以及許多新奇的光子功能元器件和設(shè)備中有大量研究和應用。光學誘導的磁鏡在不同波段都獲得了顯著突破。基于電和磁的Mie共振是產(chǎn)生電介質(zhì)超表面磁鏡的主要途徑之一。磁鏡的界面零反射電場相位變化使得磁鏡可以消除在金屬電鏡中普遍存在的半波損失,從而增強了磁鏡表面附近的電場,可以用于增強界面附近的光與物質(zhì)相互作用,推動生物傳感、天線、光...

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1超表面的電磁波相位調(diào)制

電介質(zhì)超表面磁鏡2此外，這種平坦的超薄構(gòu)型有利于器件集成。通過調(diào)整超表面上排列單元的順序，可以有效地設(shè)計等效阻抗、振幅、相位或者偏振態(tài)從而對表面處的反射及透射波進行調(diào)控，實現(xiàn)了令人新奇的調(diào)制效果[13]。因此，超表面可以保持與入射波良好的相互作用，其低剖面、低損耗在器件中也有很高....

圖1.2增強的光透射（EOT）

電介質(zhì)超表面磁鏡5圖1.2增強的光透射（EOT）。（a）金屬薄板上的孔陣列EOT[20]，（b）薄金屬板上的隨機線孔誘導的EOT[21]，（c）介質(zhì)-金屬-介質(zhì)（ABA）結(jié)構(gòu)中的EOT[22]，（d）超材料中的EOT[23]。陣列布拉格散射的相互作用。它們滿足動量匹配條件0sin....

圖1.3超表面增強吸收

電介質(zhì)超表面磁鏡6實驗測量的反射和透射光譜。實驗表明這種結(jié)構(gòu)能夠十分有效地抑制反射從而增強結(jié)構(gòu)的透射。圖1.3超表面增強吸收。（a）微波超表面吸收器[26]，（b）太赫茲超材料吸收器[27]，（c）中紅外超表面吸收器[28]，（d）和（e）近紅外超表面吸收器[29-30]，（f）....

圖1.4反射模式中的極化操控

電介質(zhì)超表面磁鏡8圖1.4反射模式中的極化操控。（a）左側(cè)：理論計算（實線）、模擬（實星）、實驗（空心圓）隨頻率變化的極化轉(zhuǎn)化率(PCR)，插入是實驗樣品圖，理論計算（實線）和模擬（實星）得到在正入射時頻率依賴的反射相位變化[35]。（b）實驗得到波長依賴的PCR曲線，插入圖為樣....

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