林 婧，李 琦，邱 孟，何 琼，周 磊

（复旦大学 物理学系 表面物理国家重点实验室，上海 200438）

1 引 言

电磁超构材料（Metamaterials，MTMs）是指由亚波长人工微结构单元(“人工原子”)按一定宏观序组成的人工复合材料[1], 它的诞生突破了自然材料的限制，展现出了奇异的光学响应及对电磁（光）波丰富的调控自由度，近年来引起了人们广泛的研究兴趣。相较于自然材料，超构材料的优势在于人们可任意设计“人工原子”和体系的宏观“序”，在亚波长尺度下实现对电磁波的局域调控，进而实现诸如负折射率、超成像、电磁隐身[2-4]等自然材料无法实现的奇异物理现象。然而，虽然超构材料在调控电磁波方面取得了卓越的成就，其结构复杂、尺寸庞大、损耗相对较高（特别是在光波段）等缺点也是不容忽视的，这使得各大研究组都把目光转向了更易加工的二维超构材料——电磁超构表面（简称“超构表面”）。相较于三维材料，超构表面易控制损耗，体积小，重量轻，在集成光学、通讯、军事等方向，均有非常大的应用前景。近年来，人们在利用超构表面实现光场调控方面取得了重大突破，发现了许多奇异物理现象和新规律（如拓展 Snell 定理、高效全息成像、光子自旋霍尔效应[5-7]等）和具有优异光学性能的功能性器件（无色散超宽带波片、超透镜、高效表面波耦合器[8-10]等）。超构表面也正因其对光场的超强调控能力而成为近年来物理学、信息学以及相关交叉学科的研究热点。

“人工原子”是超构材料最核心的结构，其通常是具备很强电磁响应能力的光学共振结构。……