什么是光学薄膜的高效超构表面？

超构表面（metasurfaces）是一种新型的人工二维平面阵列结构，通过合理设计亚波长纳米结构单元及排布可以实现对空间光场的调控，有望从原理层面上颠覆传统的透镜元件。然而，目前透射型超构表面普遍存在光学效率低的问题，制约着其应用和发展。

西安应用光学研究所光学薄膜技术研究室的科研团队提出了一种基于光学薄膜理论的高效透射型超构表面设计方案。

先设计好超构表面，然后根据等效介质理论将超构表面等效为一层介质薄膜并作为多层膜系的最外层，最后设计与基底及入射介质匹配的增透膜系。希望增加的光学膜层能提高光能利用率，但不改变超构表面的其他光学性质。

换句话说，超构表面在实现聚焦或其他功能的同时，还能像传统透镜表面一样兼容功能性光学薄膜，从而在性能上获得进一步的提高和拓展。相关研究内容以“基于光学薄膜的高效超构表面研究”为题发表在《光学学报》期刊上。

本研究首次提出了通过利用光学薄膜来提高超构表面效率的概念设想，研究了近红外波段超构表面透镜的特性，并基于超构表面附加功能性光学薄膜的性质研究了增透膜对超构表面透镜透过率和聚焦性能的影响。

模拟计算结果表明：在1450~1600 nm波段，有光学增透膜的超构表面透镜的透过率远高于无光学增透膜时的透过率，平均高10.5%以上；从聚焦效率对比结果来看，有光学增透膜的超构表面透镜的聚焦效率比无增透膜时的聚焦效率平均高8.3%以上，聚焦效率最高达88.5%。所提出的超构表面结合光学薄膜的设想有望解决超构表面普遍效率低的问题。

该技术可以应用于平面透镜、涡旋相位片、全息相位片、偏振转换器和波长选择器等领域，为超构表面器件设计带来新的思路。

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