苏照贤，姚恩旭，黄玲玲，王涌天

（北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081）

1 引 言

人工超材料（Artificial Metamaterials）通过人工设计亚波长单元结构，控制亚波长单元与电磁波的相互作用，提供了一种任意操控电磁波的新方法[1]。但是三维块体超材料的实际应用有两个难以避免的挑战：在光学波段巨大的损耗和极大的加工制备难度。以超表面（Metasurfaces）为代表的二维人工超材料为解决以上两个问题提供了方案。超表面是三维超材料的二维等价物，相比于三维超材料，二维超表面具有更薄的厚度、更低的损耗，同时，可以实现三维超材料几乎全部功能，如光束偏折、偏振转换、聚焦、全息成像等[2-7]。当前，具有非平凡拓扑性质的光学结构，由于其受拓扑保护的边界态具有免疫局部缺陷，无向后散射的单向传播的奇特光学性质，成为了光学领域的研究重点，受到广大科研工作者的关注[8-9]。

拓扑是一个数学术语，涉及研究几何对象在连续变形下的守恒性质。从1980年开始，随着物理学家发现了整数量子霍尔效应和量子自旋霍尔效应，物质的拓扑相得到了广泛的研究，拓扑绝缘体领域开始蓬勃发展[10-16]。拓扑绝缘体可以在其表面传导电子，而在其内部则充当绝缘体。在带隙内，即使存在杂质，它们的表面电子也可以无耗散地传输。受凝聚态物理领域中这些激动人心的突破启发，2005年，Haldane和Raghu 把拓扑概念拓展到光子学中，提出了光子系统中的拓扑相，拓扑光子学从此成为了一个蓬勃发展的新兴领域[17]。……