提出一种基于电介质纳米砖阵列的扇出衍射光学元件的设计和实现方案, 其纳米砖的深宽比低至1.5。这种扇出衍射光学元件被一束波长为633 nm的入射光束照射时, 可以在远场中得到均匀的4×4点阵, 发散角为32°×32°, 且数值模拟与实验结果吻合良好。基于超表面材料的扇出衍射光学元件具有连续、精确的相位操纵能力和较高的偏振转换效率, 并且仅需一步光刻制造工艺, 可以广泛应用于工程光学的各种领域, 例如光学传感, 激光雷达, 激光加工等。

近年来, 基于超表面材料的研究发现了很多新的光学现象, 其中几何相位调制是最具吸引力的方向之一。笔者介绍了超表面材料用于光波相位精密操控方面的研究, 包括电磁响应的各向异性、电磁共振等机理研究、以及一系列新概念光器件。研究表明, 基于金纳米棒超表面材料制造的计算全息片, 能够在波长为630 nm~1 050 nm的宽带范围内高效工作, 且在波长825 nm处的衍射效率超过80%; 基于硅材料超表面材料制造的光分束器, 能够在远场形成衍射角为59°×59°的4×4个均匀点阵, 且其衍射效率在波长为1 530 nm~1 565 nm的范围内超过50%; 基于硅材料超表面材料制造的偏振分离器, 其在纳米棒长轴方向的反射率高达98.5%, 在短轴方向透过率达到94.7%, 且仅需通过调节纳米棒的宽度, 就可以在波长为1 460 nm~1 625 nm的宽带范围内任意选择峰值反射波长。研究结果表明, 基于几何相位调制机理的超表面材料在具备连续、任意、精密、高效的相位操控等优点的同时, 在制造上却仅需要简单的二台阶微纳光学工艺条件, 可用于打造新一代高性能、芯片级的光电子元器件, 在光纤通信、****、工业及消费电子等领域得到重要应用。