艾里光束是一种无衍射光束，具有自弯曲、自愈合、无衍射等极具吸引力的特性，在光学显微操作、“光子弹”、曲线等离通道的产生等许多应用上具有广泛的前景。近年来，多种超表面艾里光束发生器被研究人员提出并证实，它们克服了利用空间光调制器和傅里叶透镜产生艾里光束的传统方法光路复杂、冗长的缺陷，具有结构紧凑、易于集成的优势。但是，这些超表面通常依赖于共振原理实现波前控制，因而器件工作带宽受到严重限制。

光电子集成与器件功能实验室陈林课题组提出利用双曲超材料构建宽带可宽带工作的艾里光束发生器的方案。双曲超材料波导单元，其侧壁支持表面波的传输。通过设计其单元结构，可以为双曲超材料单元引入宽带高双折射，进而在宽带范围内提供强大的振幅、相位和偏振调控能力。研究人员推导了双曲超材料单元在线偏光入射时，宽带范围内正交线偏振透射光的归一化透射振幅、相对透射相位与超材料单元方向角的关系，通过空间排列不同方向角的双曲超材料单元，构建了基于双曲超材料的艾里光束发生器，验证了空间艾里光束的宽带、高效产生，实现了在7.2-9.6 GHz和1.25 -2.40微米范围内，艾里光束发生器透射效率＞10%。这一项研究也为需要振幅、相位同时调制的复杂光场的产生提供了一种可行的宽带实现方案。

2019年7月26日，研究成果以“利用双曲超材料在宽带范围内产生艾里光束”(Broadband Generation of Airy Beams with Hyperbolic Metamaterials)为题，发表在光学杂志《先近光学材料》(Advanced Optical Materials)上。该工作得到了国家自然科学基金 (Grant Nos. 11474116, 11674118)和武汉理工大学材料合成与加工先进技术国家重点实验室的基金资助。

图1 基于双曲超材料的宽带艾里光束发生器.

图2 产生的艾里光束的场分布(a)和超材料艾里光束发生器透射效率随频率的变化(b).

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201900493