近日，北京邮电大学的人员提出并数值研究了一种由石英衬底上的准连续梯形晶体硅纳米天线组成的有效传输模式超表面。在740～780 nm的工作波长范围内实现了全相位2π相移和高传输效率。在中心波长约为751 nm时，总透射效率可达88%，所需反常折射率为80.4%。反常折射角为29.62°，可以通过改变超级单元的周期来获得较大的折射角。研究人员阐述了在741 nm波长处，折射率为38.59°时，反常透射效率达到76.6%。值得一提的是，这种结构比传统的基于离散纳米天线阵列的超面结构要简单得多。他们的研究可以为设计高效的全介电相位梯度超表面铺平道路，并将其应用于波前控制的集成光学器件中。

近年来，由于其显著的特点，超表面越来越受到人们的关注。与传统的笨重超材料相比，金属表面更能精确地调整光学特性，如振幅、相位和偏振。此外，作为一种超薄的二维超材料，超表面更易于制造和应用于集成光子系统。自从Yu等解释了反射和折射的广义规律，并进一步提出了基于经典V形天线阵的相位梯度超表面，对不同形状的离散纳米天线的许多相似结构进行了数值和实验研究。超表面的应用包括全彩色印刷，元全息图，偏振转换器，平板透镜，光学涡旋产生，和频谱分离器。近年来，由于电介质表面损耗小，传输效率高，因此对其进行了广泛的研究。人们实现了基于元的高性能超表面，但是它们在反射模式下工作，这对于某些应用，如偏振变换器、金属通道和光谱分路器来说是不太方便的，因为很难完全分离入射光和反射光。高效率的基于元的传输超表面也被提出，但是它们工作在长波长，例如在千兆赫兹波长区域，其中金属的损耗远低于可见光区域。当在可见光区域中的传输模式下工作时，如前所述，基于元的超表面是有损的。与大多数涉及等离子体共振的金属表面相比，所有介质的金属表面避免了金属的固有损耗，极大地提高了效率。基于离散纳米天线阵列的常规结构仍然面临一些问题，特别是精确制造困难和反常折射角限制。传统的金属表面的超级单元通常包含多个具有不同几何尺寸和方位角的纳米天线以获得线性相位梯度，这使得精确再现非常具有挑战性。

图1 所提出的由硅衬底上梯形天线阵列构成的硅相位梯度超表面的示意图。

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