文 献 综 述
1.引言
传统透镜主要根据费马定理，光倾向于往高折射率的地方折射，透镜不同位置的厚度不一样，光经过透镜后，所积累的相位不同，从而改变光的波阵面，使光汇聚。相位的变化与元件厚度成正比，从而限制了元件的极限大小[1]。而新型的超颖材料突破了自然材料的限制，能够更加灵活地操控电磁波的传播。当光照射到亚波长散射体时，它的相位会发生突变，将这种散射体排成一个面，然后精确控制每个单元的结构来控制光的相位，就可以使光汇聚到一点，即所谓的超颖透镜。实际上，基于这种原理的透镜早就已经开发出来了，但是暴露出来许多缺点，材料的损耗比较大，效率低，性能无法跟现有的商用透镜相比。随着纳米谐振器的开发，超颖透镜的性能不断改善，其高分辨率和超薄的优点，在将来的光学领域中会有更加广泛的运用[2,3]。
2.超颖材料概述
与自然电磁材料不同，超颖材料由人为设计的不同共振结构单元构成，因而具有天然材料所不具备的超常物理性质，其性质主要由结构单元和构成材料所决定，设计的结构单元属于亚波长结构，因此尺寸要比工作波长小很多[4,5]。理论上，通过调整结构单元的的参数（两个矩形介质谐振器的长（WL），宽（WR）和间隔距离g），可以任意改变材料的介电常数和磁导率，远远突破了自然材料所能覆盖的光学参数范围。2006年，J.B.Pendry等和Ulfeonhardt提出的变换光学理论[6,7]，为实现超材料控制电磁波的传播提供了理论依据。随着超颖材料的发展，它不仅仅只停留于实现负折射率材料，其结构单元在其他学科的完善下，可应用于更多领域。
在超颖材料的基础上，将其设计成厚度比工作波长小很多的二维超材料，即超颖表面[8,9]。基于其从纳米层次的精确设计，可以达到在单一的镜头组件实现更加完美的光线控制，可将可见光汇聚成亚波长尺寸的光斑，从而在不影响成像效果的前提下，缩小镜头的体积。近几年，iPhone镜头像素的提升，导致镜头突出的设计，是因为其iSight相机镜头由5个单独镜头组成，且传统光学元件通过光程的积累来实现相位的改变，因此相位变化与光学元件的厚度成正比[10]。而超颖表面通过电子束雕刻或聚焦离子束等离子材料形成的超透镜，通过控制波前相位、振幅以及偏振进行波束调控，可实现单一透镜对多种波长光的聚焦，从而降低了镜头结构的复杂度，实现镜头厚度的减小。
基于广义斯涅尔定律，超颖表面利用相位突变的梯度进行波束调控，实现反常折射和反常反射。超颖表面通过在入射波的两种介质分界面上产生相位差，来调控电磁波波束的方向。此外，超颖表面与光之间的相互作用可以操控光的相位、偏振方式[11]。
谐振器就是指产生谐振频率的元件。纳米级的光学谐振器使超颖表面透镜的实现成为可能。通过耦合介质纳米谐振器的非周期排列，实现了多波长消色差透镜，使透镜对近红外区三个不同波长电磁波的焦距保持不变。使用纳米谐振器作为相移单元，超颖表面使波阵面汇聚到一起，这一原理已被用于实现射束偏转，全息摄影和偏振分光。超颖表面的基本单元是由亚波长级的纳米谐振器，但会产生由谐振器内分散作用所造成的色差，影响元件的性能[12]。
3.超颖材料的应用
超颖材料弥补相区分布产生的色差，可改善电磁波在波导中传播的色散现象。低散射超颖表面结构单元的反射相位按随机的方式排布，可抑制主要方向上散射峰的强度。超颖表面通过将散射波干涉相消，降低目标的后相散射，可实现太赫兹低散射表面。超颖材料单元结构电磁效应的各向异性，实现对电磁波的偏振调制
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