韩晓晓，童元伟

(上海理工大学 理学院，上海 200093)

引 言

新型人工电磁材料是一种由周期或者非周期的人工单元结构排列构成的复合电磁材料[1]，其单元尺寸一般远小于工作波长，主要通过调节单元结构满足所需的电磁参量，进而实现媒质对电磁波的灵活调控。超材料通常会有一些超常的物理特性如负折射率、负介电常数等。在过去的20多年里，新型人工电磁材料呈现出飞速发展的趋势，在各个领域都得到了深入的研究。但是这些设计仍然存在体积过大以及工作带宽太窄的问题。人工电磁超表面[2-4]可代替这些体积较大的超材料，设计出更加轻薄、微小和高效的器件，这些优势使得它在工程领域得到了广泛的应用。

人工电磁超表面[5]是由亚波长尺度的散射粒子按特定顺序组成的2维结构的超材料，它主要利用电磁波在超表面面上的相位突变来控制透射波或反射波，与传统的光学器件依靠传播路径来积累相位相比，其厚度一般小于操控电磁波波长的1/10，可以有效避免入射波的能量损失，具有损失小、易集成等优点。电磁波的传播在超表面两侧遵循广义斯涅耳定律，可以灵活控制电磁波传播方向、极化方式、透射反射强度等。由各向异性单元结构构成的超表面在极化调制[6-10]方面的应用主要包括实现电磁波的圆极化转换、宽带极化转换、多频点极化转换等。超表面还可以对电磁波的波束方向[11-12]进行灵活调控，如双折射。目前已经被应用到几种主要光学元件中，如晶体偏振器和波片等，本文中研究的双折射是指超表面对入射的x偏振和y偏振电磁波的透射系数(包括幅值和相位)进行独立、同步控制。……