徐亚东副教授课题组发现相位渐变超构表面中的奇偶性相关的衍射规律

      近日,物理科学与技术学院的徐亚东副教授课题组与美国杜克大学的S. A. Cummer教授课题组及香港科技大学陈子亭教授合作设计和研究了一种透射型相位渐变超构光栅(Phase-gradient metagratings, PGM)。基于多重反射效应,揭示了其中复杂的衍射机理,发现了一种全新的衍射规律:PGM中的高级次衍射特性与PGM超晶格Superlattice内的单元个数m的奇偶性有关。通过改变m奇偶性,可以实现散射波在透射通道和反射通道之间的转换,并且这种现象具有很强的鲁棒性。相关成果以“Reversal of transmission and reflection based on acoustic metagratings with integer parity design”为题、以苏州大学为第一单位,发表在《Nature Communications》杂志上。原苏州大学博士生、现南京航空航天大学的伏洋洋副研究员、杜克大学的沈宸博士和苏州大学博士研究生曹燕燕同学为论文的共同第一作者。在研究中,物理科学与技术学院的高雷教授、厦门大学的陈焕阳教授给予大力支持。

     在过去的几年中,相位渐变超构表面为调控波的传播、设计新型功能器件,例如,散射波的异常透射和异常反射,提供新的思路。这些新型器件的物理基石是广义折射/反射定律。由于突变相位的周期性,渐变相位超构表面在空间上往往具有超晶格,因此在很多情况中,广义折射/反射定律应修正为包含所有衍射级次的光栅方程。尽管之前的很多理论和实验结果都观察到了高级次的衍射现象,但其遵循的衍射规律,特别是在透射型相位超构表面中,尚不完全清楚。

 这个工作的主要贡献在于:设计和研究一种简单超构光栅,通过研究其衍射特性,揭示一个新的光栅衍射规律。当入射波的入射角超过最低衍射级次的临界角时,多重反射次数与周期单元个数(m)以及相关衍射级次具有密切关联。特别是,高级次衍射是反射还是透射是由L的奇偶性决定。他们通过理论分析,提出了与单元个数m的奇偶性有关的新的光栅方程,并且通过声波实验,验证了新衍射公式的正确性。这一新的衍射公式及相关衍射机制,不仅可以很好地解释以前理论和实验中在超构光栅、渐变相位超构表面中观察到的而无法解释的异常衍射现象,更重要得是,为进一步操纵电磁波/声波的传播提供新的自由度。

该工作得到了国家基金委、苏州纳米协同创新中心、苏州大学优秀青年学者计划等的支撑。

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-10377-9

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