张晓冬，刘素娟，翟凤潇，孔德鹏，王丽莉

1.郑州轻工业大学 物理与电子工程学院，河南 郑州 450001;

2.中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119

0 引言

超表面是由一些结构尺度大于原子的平面单元构成的二维(2D)超材料.超材料利用光波的传播相位进行光束调制，而超表面则充分利用了交界面处的光波相位突变，因此超表面的厚度可以比工作波长更小.此外，超表面具有的平面化结构使其更易于大规模生产制造[14].尤为重要的是，将超表面设计成亚波长尺寸的球、柱、棒、孔等形状，并将其以一层或多层的方式进行排列，通过调整这些“光学天线”的结构尺寸和排列方式，可以实现透射光波或反射光波振幅、相位和偏振的非均匀分布.随着微纳加工技术的不断发展[15]，这种独特的性质使超表面非常适合应用到平面化和小型化的器件中[16].

尽管在设计超表面时可以采用不同材质、结构等，但是基于超表面产生涡旋光束的设计原则通常只有一个，即如何在光场中引入与方位角有关的螺旋相位.因此，其设计类型分为两种：一种设计是独立于入射光束的偏振状态，即通过改变超表面单元的几何结构调节其谐振频率，使发射单元的相移随着频率的变化而改变.这些超表面的几何参数经过优化后，可以使一系列不同结构单元之间产生2π的相位覆盖.这种超表面产生的涡旋光束与入射光束的偏振态无关，主要代表是N.F.Yu等[17]设计的V型相位天……