超構表面（metasurface）作為一種人工二維材料，利用亞波長尺度的單元結構與入射電磁波的相互作用可以實現(xiàn)對電磁波振幅、相位和偏振的高效調(diào)控。相較于傳統(tǒng)器件，超構表面具有低剖面、高集成度以及多功能化等優(yōu)勢，因此受到了人們的廣泛關注。
近年來，雖然超構表面在理論設計和加工制備上取得了長足的發(fā)展，但該領域仍然面臨諸多問題和制約。在器件設計上，由于缺乏系統(tǒng)的理論支撐，超構表面單元結構的優(yōu)化主要依賴于利用仿真軟件進行參數(shù)掃描，再通過設計者的專業(yè)知識對結果進行選取。這種方式不僅需要消耗大量的時間，而且所得的結果通常為局域最優(yōu)解，從根本上限制了超構表面器件的響應。在器件加工上，由于超構表面單元結構的特征尺寸都為亞波長量級，如何在大面積的基底上加工高質(zhì)量的單元結構也是超構表面器件實用化面臨的亟待解決的問題。
針對以上的問題，中科院光電技術研究所的科研人員從理論設計和加工制備兩方面出發(fā)實現(xiàn)了一類超構表面器件的高效設計和大面積加工。在理論方面，通過對單元結構間的電磁場進行理論分析和計算推導，創(chuàng)新性的提出了懸鏈線電磁模型。通過該模型可以建立幾何結構和對應電磁響應的直接聯(lián)系，而不需要借助其他的仿真軟件。在此基礎上，針對特定的器件響應，利用遺傳算法進行反向設計得到單元結構的幾何參數(shù)。該設計方法可以大幅度縮減器件的設計時間并且實現(xiàn)器件效率最大化。在加工方面，提出了分布式曝光的加工工藝，發(fā)展了一套適用于大面積、高精度、基于柔性基底的加工流程，可以在米級的基底上加工特征尺寸為微米量級的樣品。在以上兩方面突破的基礎上，設計和加工了大口徑薄膜吸波器和天線，器件的響應都遠超同類型器件并且接近于理論極限，有望推動超構表面器件的實用化進程。
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