徐巍伟，臧小飞

（1．上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093；2．上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093）

引 言

成像元件是光学系统中的最基本的组成单元，而传统透镜式成像器件由于受到器件大小的限制，已经无法满足大规模光电集成系统的设计要求。在这一背景下，超表面作为一种可在亚波长尺度下调制光的振幅[1-4]、相位[5-8]、偏振的器件[8-11]，开始受到广泛关注。作为一种超薄的电磁人工材料，它的出现为破除传统光学成像器件尺寸和视角的限制带来了新思路。因此我们利用超表面来研究太赫兹波段的成像具有重要的现实意义。

最早的成像超表面可以追溯到2005年，研究人员使用旋转的亚波长光栅首次实现了近红外波段的全息成像[12]。在2011年，Yu等首先提出利用超表面来拓展斯涅尔定律，这为之后的利用相位梯度实现光束离轴提供了理论指导[5]。随后，Huang等利用矩形小棍基于相位梯度理论实现了异常折射，并证明了小棍在旋转了一个角度后，出射光会有一个两倍旋转角的相位延迟[6]，该相位也称Pancharatnam–Berry phase。在此之后基于超表面的功能器件大量涌现：Ni等和Larouche等使用多层和单层的超表面分别在红外和可见光波段实现了超表面的全息成像[13-14]；Chen等通过偏振响应各异的天线，实现在两种偏振态下各自独立的图像复现[15]；Arbabi等使用介质纳米棒天线实现了高效的偏振双像[16]；Zhang等设计的超表面成像器件具有极大的加工误差容忍能力[17]；Zhao等使用小棍式超表面，通过入射/出射偏振态的不同组合，获得了12组偏振通道，极大地提高了成像超表面的信息容量[18]。……