近日，湖南大学机械与运载工程学院段辉高教授、胡跃强副教授团队与新加坡国立大学仇成伟教授团队合作，在国际顶级期刊《Nature Communications》上发表了题为“Asymptotic Dispersion Engineering for Ultra-Broadband Meta-Optics”（超宽带渐近式色散调控超构光学元件）的研究论文，胡跃强副教授为第一作者，段辉高教授和仇成伟教授为论文通讯作者，湖南大学机械与运载工程学院为第一单位。

超构表面是纳米光子学领域扩展最快速的前沿分支之一，它有望取代诸多大规模应用的折射光学元件，并创造全新的功能，从而彻底改变光学领域的面貌。由介质纳米结构组成的超构表面为实现光学波段色散调控元件开辟了新的范式，但是利用单层超构表面实现可自由定制的色散调控仍面临巨大挑战，而且带宽严重受限。该研究提出了一种更通用的渐近相位补偿方案，该方案能更好地匹配纳米结构的本征相位色散特性，以解决线性相位补偿方案在任意色散调控设计中存在较大误差的障碍，尤其适用于超宽带设计中。

图1超宽带任意色散调控超构透镜原理示意图

利用该方案，研究团队展示了高深宽比纳米结构组成的超宽带消色差电介质超构透镜，其波段从400纳米到1000纳米，横跨可见光到近红外波段。此外，该方案还提供了极大的自由度，可实现各种类型的定制色散调制（正色散、负色散、任意色散）。所提出的方法完善了单层色散控制超构透镜设计的理论框架，不仅可以实现无带宽限制的任意色散操纵，还为打破最大相位色散限制提供了潜在的解决方案，有望在超宽带成像和光谱检测等领域得到重要应用。

图2超宽带消色差超构透镜的设计过程及实验结果

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42268-5