這個非常薄的表面以兩種截然不同的方式控制光線

色散是電磁波的基本屬性。雖然它可以帶來有益的波長相關效應，但它也會導致色差，隨著帶寬的增加，色差會變得更加嚴重。這些效應可以改變方向角、移動焦點並降低空間分辨率。超表面是由精心設計的亞波長超原子陣列組成的平面結構，提供了一種塑造光的強大方法。然而，大多數當前的消色差超表面設計實際上僅限於單個循環通道。在其他情況下，兩個旋轉通道都被處理，但被迫共享相同的色散行為。因此，儘管對於多通道和復用光學系統至關重要，但在小型器件內完全獨立地控制兩個自旋的相位和群延遲仍然很困難。

組合幾何階段，開啟雙旋轉控制

為了在單個元原子水平上克服這一挑戰，研究人員開發了一種混合相框架，其中每個幾何相都發揮著獨特的作用。在此設計中，AA 級允許團隊所謂的“旋轉打開”，而 PB 級則提供“相擴展”。每個元原子內的不對稱電流分佈導致左、右圓偏振（RCP 和 LCP）波沿著不同的路徑反射。這種分離允許獨立控制相和分散特性。

然後，該團隊調整元原子的共振強度，以獨立調整每個週期的群延遲。同時，使用頻率調諧和局部結構旋轉來調整相位，同時保持較低的不需要的干擾。通過全局循環添加的 PB 級將可用相位範圍擴展到完整的 2π，而無需顯著改變群延遲設計。這些元素共同創建了用於雙循環色彩控制的單層工藝設計策略。

跨多個頻段的實驗證據

研究人員使用在 8-12 GHz 範圍內運行的兩種類型的設備通過實驗展示了他們的方法。一類由非鎖定消色差光束反射器組成，可在整個範圍內保持恆定的、與旋轉相關的指向。另一種包括消色差金屬，它們對 RCP 和 LCP 光具有不同的聚焦功能，同時在很寬的頻率範圍內保持強大的性能。

此外，該團隊還提出了在 0.8-1.2 Hz 太赫茲範圍內應用相同原理的設計。這表明該方法不僅限於電磁頻譜的一部分，而是代表了一種廣泛適用的散射工程框架。

邁向更多樣化的元光學系統

這項工作將消色差超表面超越了單通道校正，進入了完全獨立的雙自旋超光學領域。通過將兩個旋轉狀態視為兩個獨立的自由度，這種方法可以將具有多種功能的緊湊光學系統集成到單個設備中。展望未來，混合平台設計策略可以擴展到包括多路復用、偏振成像和寬帶集成光學的可見光範圍。研究人員還指出，逆向設計方法，包括遺傳算法和深度學習，可以幫助加速硬件優化並支持現實世界的系統部署。