作为纳米光子学的一个重要研究分支，光学超表面在过去十年中引起了极大的关注。精心设计的超表面可以在亚波长范围内任意操纵局部光特性，从而使透镜、棱镜、波片、偏振片和分束镜等传统光学元件的平面化成为可能。 此外，灵活的设计策略进一步使超表面能够在单层平台上实现光波的多维操纵。例如，通过诉诸光偏振、波长和入射角，以及不同的空间复用方案，已经有实现不同功能的大量多功能超表面得到报道。但是这些多功能超表面仅在一个操作空间有效，即要么透射空间或反射空间。
用于全空间可见光三功能控制的介质型偏振滤波双胶合超表面
技术背景：
作为纳米光子学的一个重要研究分支，光学超表面在过去十年中引起了极大的关注。精心设计的超表面可以在亚波长范围内任意操纵局部光特性，从而使透镜、棱镜、波片、偏振片和分束镜等传统光学元件的平面化成为可能。 此外，灵活的设计策略进一步使超表面能够在单层平台上实现光波的多维操纵。例如，通过诉诸光偏振、波长和入射角，以及不同的空间复用方案，已经有实现不同功能的大量多功能超表面得到报道。但是这些多功能超表面仅在一个操作空间有效，即要么透射空间或反射空间。
能够独立控制透射和反射空间中的光的光学器件对于构建超紧凑光学系统具有重要意义。这是最近基于多层超表面实现的。据报道，四层金属贴片可以协同实现偏振相关的透射/反射控制，通过精心设计使全空间内的独立光波前控制成为可能。基于类似的原理，通过同时选择入射方向和光偏振，五层等离子体超表面被证明可以产生三个波前操作。值得注意的是，这些实现了多功能全空间光控制的超表面主要在微波波段，且使用印刷电路板技术制备。然而，考虑到金属的固有吸收损耗，显然将上述结构配置直接转移到可见波段将不可避免地难以见效。此外，具有相当小尺寸和多层不同几何形状的meta-atoms的实际实现无疑会使纳米加工过于繁重和昂贵，在实际应用中应认真考虑这一点。因此，迫切需要一种新颖且简便的超表面架构，该架构允许对全空间可见光进行多功能控制，并具有高效和轻快的设计复杂性。单层介质型超表面(dielectric metafaces)已被证明能够实现对可见光的高效操纵。可以预期，通过利用多层介质型超表面可以进一步扩展光控制的自由度，其中双层超表面或双胶合超表面(metaface doublet)近来受到了越来越多的关注。迄今为止，大多数报道的双层介质型超表面都被证明可在近红外区域运行，并且大部分工作主要致力于单色像差校正、多波长控制以及和光路或偏振控制等。然而，它们在全空间光控制方面的潜力仍待开发。
技术要点：
基于此，山东济南大学的Song Gao(一作)和Yang Li(通讯)提出了利用双胶合介质型超表面(dielectric metasurface doublet, DMD)实现全空间可见光的高效和多功能控制的方法。它能够实现三种不同的入射方向和偏振触发波前整形功能，包括异常光束偏转、光聚焦、涡流光束生成和全息图像投影。与多层金属超表面相比，所提出的超表面在设计复杂性、效率和制造方面都更有优势。此外，由于可以部署具有不同极化响应的介质meta-atoms来构建这种超表面，预计未来可以获得具有多种功能的各种全空间超表面，这将极大地推动多功能超光学的发展。
a) 双胶合介质型超表面的制造过程。b) 为获得离轴光聚焦功能 (F1 和 F3) 和涡流光束生成 (F2) 计算的相位分布，以及构成所提出的多功能DMD的顶部 MS1 和底部 MS2 的几何形状。c) 在制造DMD期间拍摄的 MS1 和 MS2 的显微镜和 SEM 图像
实验结果：
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