基于光学薄膜的高效超构表面研究

超构表面(metasurfaces)是一种新型的人工二维平面阵列结构,通过合理设计亚波长纳米结构单元及排布可以实现对空间光场的调控,有望从原理层面上颠覆传统的透镜元件。然而,目前透射型超构表面普遍存在光学效率低的问题,制约着其应用和发展。首次提出了光学薄膜结合超构表面提高光能利用率的设想,期望超构表面结合光学薄膜的结构在不影响超构表面光学特性的基础上,可以显著地提高其光学效率。为了验证这一策略的有效性,仿真模拟了石英基底近红外宽波段的硅纳米块超构表面透镜,并与设计有光学薄膜的超构表面进行了对比。模拟结果表明:光学薄膜对超构表面的聚焦性能没有影响,但可以显著提高超构表面的光学透过率;在1450~1600 nm波段,平均透过率提高了10.5%以上,聚焦效率平均提高了8.3%以上。所提方法为超构表面器件设计带来了新的思路。