通过多距离相位检索进行超透镜相位表征

超透镜是一种由超原子组成的光学超表面，用于操控入射光的振幅、相位和偏振。与传统折射透镜不同，超透镜可以在界面处将波前从平面调制为球面。由于其新颖的物理特性和广阔的潜在应用前景，它引起了广泛关注。

作为相位调制型光功能元件，相位分布是超透镜的关键参数，但在光频段，相位分布难以直接测量。目前表征超透镜的主流测量方法为光场扫描和电子显微镜，而非相位测量，但这些方法均不能直接提供超透镜的相位响应。

在《光：科学与应用》杂志发表的一篇新论文中，复旦大学光子带隙研究组与香港城市大学和清华大学合作，提出了一种基于光场扫描多距离相位恢复的超透镜相位表征新方法。这种创新方法成功克服了传统干涉技术依赖光源相干长度和光路稳定性的局限性。

研究团队利用该方法定量测量了近红外超透镜的相位分布，并首次成功观察到了超透镜工作介质变化引起的相位变化。

多距离相位恢复系统可以通过平移整个光路来测量强度分布。通过测量从样品表面出发的一系列等间距光场强度分布并将其输入到迭代算法中，即可确定样品的相位分布。该方法适用于不同设计原理、工作波长和工作介质的超透镜的相位表征。

“与其他超透镜相位表征方法相比，我们的系统具有以下优势：与离轴数字全息不同，我们的系统不受光源相干长度的限制。

“此外，我们的系统不需要构建复杂的光路，因此更具成本效益。与波前传感器相比，我们的系统不需要引入衍射光栅来分光，从而提高能量利用率并避免光栅形态的影响，”研究人员解释说。

“利用上述方法，我们对一组工作波长为 1560 nm 的近红外超透镜进行了相位测量和波前误差分析。其中一个样品在加工和存储过程中出现了缺陷，具体表现为表面有污垢和划痕。在测量相位并计算波前误差后，我们确定了缺陷对相位的影响并计算了相应的泽尼克系数。”

我们测量了同一样品在空气和乙醇中的相位分​​布，由于工作介质的变化，超透镜的相位分布发生了明显的变化。

与空气中的相分布相比，样品在乙醇中浸泡时显示出明显的相跃变。这表明某些亚原子的相调制在不同介质中发生了变化。

这是首次观察到超透镜相位调制随工作环境变化而变化的现象，这一发现为理解超透镜在不同介质中的光学行为提供了新的视角，为未来超透镜的设计和应用提供了重要的启示。