实现自由调控电磁波不仅具有重要的科学研究意义,而且是通讯、能源、**等领域的迫切需求。为了解决自然材料调控电磁波能力受限的问题,人们提出了人工超构材料这一新概念,实现了负折射、光学隐身等奇异的电磁效应。然而,经过多年的发展,超构材料仍存在结构复杂、损耗偏高、难以集成调谐等挑战。最近,本团队与国际同行一起提出了超构表面的新概念。超构表面基于电磁波在平面微结构上散射时获得的界面相位突变,充分利用人工微结构的“排列序构”这一自由度,实现了对电磁波振幅、相位、偏振及波前分布的有效调控,克服了超构材料遇到的瓶颈问题。本文主要回顾了本团队在偏振调控、波前调控及动态调控等方面开展的创新性研究。

从电磁相位的产生机理角度,电磁超表面可分为利用微结构共振响应的共振相位超表面和利用微结构各向异性响应的几何相位超表面。同共振相位超表面相比,几何相位超表面因为具有非色散、偏振依赖、易于制备等特点,因而受到广泛关注。综述了利用几何相位超表面来自由调控电磁波的原理和方法,重点讲述电磁波远场和近场的一系列调控现象并介绍这些现象在全息成像、特殊光束激发和探测、平面消色差透镜等方面的具体应用。

近年来梯度特异介质表面成为电磁特异介质领域的重要分支与研究热点。回顾了该领域最近的部分研究成果，包括利用特异介质表面实现传播波与表面波的完美转换以及转换效率分析，制备光波段特异介质表面实现高效宽带奇异反射，建立一套模展开理论研究特异介质表面散射问题，利用反射式特异介质表面实现光会聚，以及分析比较反射式和透射式特异介质表面的优劣等。基于以上梯度特异介质表面的研究介绍，最后展望了该领域的研究方向。