光学超表面的发展路线图 Roadmap for Optical Metasurfaces
2024年03月
超表面最近在光学研究中崭露头角，它提供了独特的功能，可用于成像、波束形成、全息术、偏振测量等，同时保持设备尺寸较小。尽管文献中已经对大量基本的超表面设计进行了深入研究，但与超表面相关的论文数量仍在快速增长，因为超表面研究现在正在扩展到相邻领域，包括计算成像、增强和虚拟现实、汽车、显示器、生物传感、非线性、量子和拓扑光学、光学计算等。同时，超表面能够在更紧凑的光学系统中执行光学功能的能力引起了各个行业的强烈且不断增长的兴趣，这些行业极大地受益于可以以低成本集成到光电系统中的微型化、高功能和高效的光学元件。这为超表面领域创造了一个真正独特的机会，使其能够产生科学和工业影响。该路线图的目标是标记超表面研究的“黄金时代”并确定未来方向，以鼓励科学家和工程师推动超表面领域的研究和开发，以实现科学卓越和广泛的工业应用。
本路线图由十七个部分组成，重点介绍了光学超表面未来科学技术发展的不同方向。在简短的介绍（第1部分）之后，我们将首先关注超表面技术在成像领域的关键应用，重点介绍超透镜在无像差衍射极限分辨率成像（第2部分）以及皮光子学超分辨率成像（第3部分）方面所面临的挑战和机遇。然后，我们将继续讨论利用有效相位、振幅和偏振控制的其他超表面功能（第 4和5部分）。我们将以对更复杂的多层平面光学元件和多元件超光学系统的分析（第 6部分）结束本部分。然后，我们将继续研究机器学习和逆向设计等新兴计算方法的应用，以补充超表面设计能力（第7部分）以及处理超透镜获得的图像以提高其质量（第8部分）。我们还将描述如何将超表面本身用于光学计算（第9部分）。然后，我们从无源平面光学元件转向有源超表面器件，特别关注可以动态控制光波前的可调超表面（第10节），以及可以帮助在光电器件中发射或检测光的超表面（第11节）。最后，我们将重点关注超表面研究的更高级概念，包括非线性（第12节）、量子（第13节）、拓扑、非局部和其他新方向（第14节）。研究路线图还包括对光学超表面的新型材料平台（第15节）和大规模制造方法（第16节）以及该领域的行业观点（第17节）的讨论。
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