超表面对波前的调控
电磁波的波前操控在无线通信、雷达、隐私保护等领域有重要应用。传统方法难以在同一器件中实现不同入射角度下的波前不变（如透明）和波前扩散（如模糊）功能。如何设计一种超表面，在垂直入射时保持波前不变，而在斜入射时实现波前扩散？
波前畸变 超表面对波前的调控 参考资料
As shown below👇
*波前畸变
波前形状取决于波源类型和传播介质：
平面波前：无限远处点光源或平行光（如激光）。
球面波前：点光源发出的波（如天线辐射）。
柱面波前：线光源发出的波（如光纤中的模式）。
波前的数学描述
以时谐电磁波为例，电场可表示为：
#波前畸变（Distortion）
畸变原因：
介质不均匀（如大气湍流）。
通过复杂结构（如超表面、衍射光栅）。
畸变效果：
波前扩散：相位随机化，导致能量分散（如毛玻璃效应）。
波前整形：可控相位调制（如超表面生成涡旋光束）。
波前调控的两种模式
垂直入射（波前不变）：
要求超表面所有单元（超原子）的透射相位相同（Δφ≈0°），此时透射波前与入射波前一致，表现为“透明”。
斜入射（波前扩散）：
需引入相位随机性（如Δφ=0°和180°的二进制相位分布），通过散射干扰波前，形成扩散效果。
传统光学元件
透镜：通过厚度变化引入相位延迟，将球面波前转为平面波前（聚焦）。
衍射光栅：利用周期性结构分裂波前（分光）。
超表面（Metasurface）
超表面通过亚波长结构（超原子）局域调控电磁波相位、振幅或偏振，实现波前操控。
超表面实现步骤
（1）超原子优化
单胞仿真：计算两种超原子在0°和60°入射下的透射振幅和相位。
角度色散验证：扫描入射角（0°–75°），确保相位差在目标角度（如60°）达到180°。
（2）超表面排布设计
随机相位分布：将两种超原子按随机序列排列。
优化算法：如人工蜂群算法（ABC），以最大化斜入射时的扩散系数：
[1] Keyu Li, Changhui Shen, Hongchen Chu, Yun Lai; Angle-dependent multifunctional metasurfaces for wave diffusing under oblique incident angles. Appl. Phys. Lett. 12 May 2025; 126 (19): 191705. https://doi.org/10.1063/5.0258161.
