全固态超薄介质非局域超表面光学系统

       光学系统的目的是控制不同应用的光流，如成像、光谱学、传感等。透镜是大多数光学系统的重要组成部分，它通过与横向不均匀结构的相互作用局部改变传播波的相位来控制光。几个世纪以来，人们一直在研究传统曲面透镜的替代品，以便使光学系统小型化，并有可能获得更好的光学性能(一个显著的例子是菲涅耳透镜)。目前大多数光学系统包括由自由空间区域分隔的透镜组合，在自由空间区域，光获得特定功能需依赖角度的相位延迟。最近，平面光学结构被提出来压缩这些大的自由空间体积，使整个光学系统小型化。然而，这些早期的设计只能取代自由空间长度有限的体积，或在非常窄的角度范围内运行，或需要高索引背景。这些问题导致这些设备在实际场景中的适用性有限。

       近日，康奈尔大学电子与计算机工程学院Francesco Monticone和Aobo Chen首先推导出了压缩自由空间长度和工作角度范围之间的基本权衡关系，这解释了早期设计的一些局限性，然后研究人员提出了一个解决方案，通过使用适当耦合的谐振层组成的非局域超表面结构来优化这一权衡。该策略的灵感来自于基于耦合谐振器的带通微波滤波器，允许在宽角度范围内替换任意长度的自由空间体积，并且具有非常高的透光率。最后，研究人员首次从理论上证明了结合局部和非局域超表面来实现紧凑、全固态、平面结构的聚焦、成像和放大的潜力，其中透镜的焦距并不决定实现聚焦的实际距离。该发现有望拓展超表面领域的应用范围，开辟新的探索机遇。相关研究工作发表在《ACS Photonics》上。（丁雷）

       文章链接：Aobo Chen and Francesco Monticone，Dielectric Nonlocal metasurfaces for Fully Solid-State Ultrathin Optical Systems，ACS Photonics(2021). https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c00189.