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[转载]FOE科研综述推荐:中山大学——超构透镜——从设计原理到功能性应用

已有 225 次阅读 2021-9-17 09:53 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

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第一作者:傅晓

通讯作者:梁浩文

通讯单位:中山大学


Metalenses: from design principles to functional applications  

Xiao FU, Haowen LIANG, Juntao Li

2021, 14(2): 170-186.https://doi.org/10.1007/s12200-021-1201-9


研究背景

自由调控电磁波(光)一直是人类的梦想和追求,这不仅具有重要的科学意义,而且在信息、国防、能源等领域有着广泛的应用价值。超构材料的电磁响应可以按照工程的需要进行设计,由此实现了自然材料所不能实现的一系列电磁波调控现象,为自由调控电磁波提供了有效的手段。随着超构材料的发展,二维超构表面开始成为研究的主流方向。这得益于超构表面可在亚波长尺度内实现对相位、振幅和偏振等的灵活设计,并且兼具平面化和低损耗的优点。

       在众多超构表面的应用中,光学超构透镜是其中非常重要的一类。它的出现为减轻传统光学系统负荷、实现光学系统集成化以及实现新功能提供了有效的技术途径。超构透镜可以同时独立地调控光的相位、振幅、偏振等,不仅可以对单波长电磁波进行调控,还可以对一定光谱范围电磁波的波长色散进行调控。因此,超构透镜比同样是平面结构的传统衍射透镜拥有更大的潜力。


内容简介

针对超构透镜的设计,本文首先对超构透镜单元的三种基本相位调控方式进行逐一介绍。然后,讨论超构透镜的色散来源,以及超构透镜在消色差的功能上取得的研究进展。随后,本文介绍了除消色差外,普通透镜难以实现,而超构透镜较易实现的其它功能性应用,从而展示超构透镜的多功能特点。最后,论文对现有的研究进行总结,并展望此技术未来发展的趋势。


总结

随着超构表面研究的发展,超构透镜经历了由金属材料向透明介质材料的转变,实现了可见光波段的电磁波调控;从单一相位调控向多种调控方式复合的方向发展,实现了多种特定的聚焦成像功能;从单层结构向多层结构发展,实现了多种功能的集成化;从静态切换电磁波的光学特性到动态地调节电磁波,从而使连续光学聚焦调控成为可能。

       文章认为,超构透镜未来可能会朝两个不同的方向发展:简单的结构但追求极致的性能、以及复杂的设计但融合了多种功能。超构透镜的未来不是要取代已经发展了几百年的传统光学透镜,而是在特定场合下实现超越常规、更多功能、更高质量的成像效果,使成像技术得到进一步发展。


作者介绍

傅晓,中山大学物理学院博士后研究员。先后获得澳大利亚新南威尔士大学光伏与太阳能工程专业学士学位和澳大利亚国立大学钙钛矿太阳能电池领域工程博士学位。主要研究方向是光电器件、超构表面和半导体材料纳米结构制备。

李俊韬,中山大学物理学院教授,主要从事基于二维纳米结构与材料的高效光源,基于单晶硅超构表面的纳米光子器件,以及高效光能转换结构等光学方向的研究。在超构表面方面,依托于中山大学光电材料与技术国家重点实验室,设计并制备了超高数值孔径超构透镜、高效率偏折器,并开发了可调彩色显示超构表面器件。

梁浩文,中山大学副教授,主要从事先进光学成像与显示相关研究,包括光学纳米成像、散射光学成像、虚拟现实技术等。在超构透镜方面,设计出多种超构功能透镜,其中超高数值孔径超构透镜成果入选美国光学学会评选“年度国际光学中大进展”(2018)。


关于本文更多解读,见https://mp.weixin.qq.com/s/g1-0laI3C-8kvxbVqNQzOQ


期刊简介

Frontiers of Optoelectronics (FOE)期刊是由教育部主管、高等教育出版社出版、德国施普林格(Springer)出版公司海外发行的Frontiers系列英文学术期刊之一,以网络版和印刷版两种形式出版。由北京大学龚旗煌院士、华中科技大学张新亮教授共同担任主编。

        其宗旨是介绍国际光电子领域最新研究成果和前沿进展,并致力成为本领域内研究人员与国内外同行进行快速学术交流的重要信息平台。该刊的联合主办单位是高等教育出版社、华中科技大学和中国光学学会,承办单位是武汉光电国家研究中心。FOE期刊已被Emerging Sources Citation Index (ESCI), Ei Compendex, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSA, Chinese Science Citation Database (CSCD), OCLC, SCImago, Summon by ProQuest等收录。2019年入选中国科技期刊卓越行动计划梯队期刊项目。

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