Advanced Optical Materials:悬链线函数遇上电磁波——机遇和前景

悬链线是自然界中普遍存在的一条曲线,常见于自由悬挂的链条、电网传输线、蜘蛛网、索桥和拱门中。悬链线有两种类型,双曲余弦函数(普通悬链线)和对数余弦函数(通常称为等强度悬链线),对其力学特性的研究可追溯到三个世纪前。20世纪末,人们认识到悬链结构的机械特性可能有助于构造大型光学和微波反射镜。在过去的二十年中,随着纳米加工、表征和数值建模技术的发展,亚波长尺度的悬链线光学研究逐渐兴起。

在这篇综述中,中科院光电所的研究人员首先简要介绍悬链线光学的历史,然后详细描述悬链线函数在亚波长光学和电磁学中的理论和应用。最后,概述了该新兴领域的发展趋势和挑战。相关结果发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.202001194)上。

悬链线函数在亚波长电磁学中的应用主要有三点:首先,双曲余弦形式的悬链线函数是波动方程的一种特殊解,近场倏逝波的耦合所产生的悬链线光场能够补偿高空间频率倏逝波的衰减,已在超分辨成像中得到应用。其次,悬链线形状的亚波长结构是产生几何相位的理想选择之一,已被用于构造各种功能性超构表面,如单片式大视场超透镜、完美轨道角动量、贝塞尔光束、艾里光束产生器。此外,研究发现许多电容性超构表面的色散曲线具有等强度悬链线函数的特征,为预测超构表面的光学和电磁特性提供了一种数学物理模型。