近期，上海大学肖诗逸教授课题组报道了基于机械旋转级联超构表面的自适应扫描像差修正太赫兹焦点扫描器件。研究人员提出了使用两个透射式超构表面实现与焦点扫描协调工作的自适应像差校正方法，并成功在太赫兹频段进行了在定制曲面上进行高质量（强度和形状）焦点扫描的实验演示。研究成果以“Cascaded Metasurfaces Enabling Adaptive Aberration Corrections for Focus Scanning”为题发表在知名学术期刊《Opto-Electronic Advances》上。
针对上述科学问题，上海大学通信学院肖诗逸教授课题组，提出了使用两个透射式超构表面实现与焦点扫描协调工作的自适应像差校正。这种像差校正方法，仅通过旋转两个具有精心设计相位分布的级联超构表面即可以实现有效控制焦点在定制曲面上扫描，无需任何额外的光学元件或外部控制算法。团队开发了一种通用的参数求解方法来优化相位分布参数，以便在任何定制设计的曲面上移动焦点，从而提高扫描过程中的焦点质量（强度和形状）。为了验证这一概念，设计并制造了两个在太赫兹频率范围内工作的超构表面器件。实验结果表明，第一个超构表面器件可以动态控制焦点在平面上扫描，在±30°的扫描范围内实现了1.18%的平均扫描像差，与传统的双曲面扫描透镜相比提高了5.56倍。同时，第二个超构表面器件可以同时动态控制两个焦点分别在平面和圆锥面上扫描，在±30°的扫描范围内平均扫描像差分别为 2.5% 和 4.6%。
如图2所示，随着旋转角度的改变，自适应像差修正的焦点扫描器件可以有效地控制焦点在同一焦平面内移动，在焦点的扫描角度为0°、10°、20°、30°处实验/仿真的半峰全宽分别为0.45/0.42 mm、0.51/0.46 mm、0.56/0.52 mm、0.93/0.60 mm，聚焦效率分别为 23.2%/30.2%、25.1%/33.1%、24.5%/30.8% 和 23.7%/31.0%。实验结果表明，该超构表面器件可以有效控制焦点在同一焦平面内动态扫描，并在±30°扫描范围内平均扫描像差约为1.18%，在最大扫描角度处的扫描像差为1.5%。
研究人员提出的这种像差校正方法具有足够的通用性，可以扩展到开发其他用途的高精度光学器件，为能够自适应动态控制以满足高精度需求的超构表面器件设计提供了新思路，在激光加工、光刻和光镊方面具有潜在的应用。
上海大学通信与信息工程学院硕士生李小桐、博士生蔡晓东和刘畅为该论文共同第一作者。肖诗逸教授为该论文通信作者，上海大学通信与信息工程学院特聘教授，上海市“东方学者”，2013年在复旦大学物理系获得理学博士学位，2014至2016年在英国伯明翰大学任博士后研究员，2016年加入上海大学通信与信息工程学院。在2012年获中国光学重要成果奖，2014年获上海市优秀博士论文，2016年获上海市“东方学者”称号，2018年获上海市“青年启明星”称号，2019年获国家自然科学奖二等奖，2020年获上海市“东方学者跟踪计划”。主要从事电磁超构材料/超构表面、纳米光子学等研究。在Nature Materials，Nature Communications, Light: Science & Applications，Advanced Photonics，Laser & Photonics Reviews等期刊上发表学术论文50余篇。
