基于非对称聚焦的多焦点太赫兹超构表面透镜

为了提高非对称聚焦在多个焦点的非对称传输能力，设计了一种基于几何相位和金属光栅相结合的超构表面功能器件。采用几何相位的波前调控方式，结合时域有限差分方法(FDTD)，对设计的超构表面进行了数值仿真。仿真结果表明所设计的超构表面透镜可以同时控制波的相位、偏振和传播方向，从而在太赫兹区域产生多个非对称聚焦。并且还可以在不同维度产生多个非对称聚焦。这种灵活而可靠的非对称聚焦设计方法为紧凑型设备在偏振检测、成像和信息加密等领域的潜在应用提供了新的可能性。

近年来，非对称聚焦作为光学领域的一个热门研究方向备受关注。传统上，光学系统的焦点被认为是对称地聚集在器件的两边，然而，随着对光学应用需求的增加以及材料科学和纳米技术的发展，非对称聚焦引起了广泛的兴趣。在非对称聚焦中，焦点的形成不再是对称的，而是呈现出一种非对称的分布形态。这种现象可能由多种因素引起，包括介质非均匀性、非线性效应、表面等离子共振等。与传统的对称聚焦相比，非对称聚焦具有许多独特的优势和应用潜力[1] [2] [3]，例如在成像、偏振检测、光通信等领域都具有潜在的应用。

超表面由周期性排列在界面上的亚波长尺度散射体组成，由于其操纵电磁波的非凡能力而引起了广泛的研究兴趣。

采用介电和等离子体材料设计了许多具有不同功能、在不同频率范围内工作的光学器件， 例如异常折射/反射超表面[4] [5] [6]、超透镜[7] [8] [9]、全息图[10]、偏振器[11] [12] [13]等。超表面具有一个重要的优势，可以利用单一的平面结构来实现多功能，这大大降低了结构的复杂性，有利于小型化集成。

因此， 人们希望能够利用超表面来取代传统的光学器件来实现非对称聚焦[14]。

然而先前研究的超表面可以实现单个聚焦的非对称传输，而多个聚焦的非对称传输还有待研究。

在这里，我们提出并实验证明了通过同时操纵太赫兹波的传播方向、相位和偏振来触发太赫兹(THz)区域的多个非对称聚焦。

这种非对称聚焦器件由几何超表面(具有非谐振单元格)和金属光栅组成。

不同于先前所展示的具有不同结构单元的共振超表面，几何超表面由相同的微棒组成，并且通过旋转微棒来实现相位、偏振和能量通量的操纵。我们设计的用于多个非对称聚焦的双层超表面可以在0.7 太赫兹频点工作，并且可以在不同维度上生成多个非对称聚焦。我们设计超表面的方法可以为开发未来能够在多个自由度上操纵电磁波的高性能器件提供一个强大的平台。

2. 设计原理 2.1. 太赫兹超构表面透镜示意图 设计的超构表面透镜如图1 所示，基于金属光栅和几何相位的非对称聚焦的多焦点太赫兹超构表面透镜能够在不同的入射方向产生不同的聚焦现象。

当x 偏振太赫兹波正向入射时， 产生三个焦距都为4000 um 的焦点，产生的三个y 偏振聚焦的坐标分别为(−1500, 0, 4000)、(0, 0, 4000)和(1500, 0, 4000)。而当x偏振太赫兹波从后向入射到超构表面时，则不会产生聚焦现象。