Perfect anomalous refraction metasurfaces empowered half-space optical beam scanning

折射 光学 空格(标点符号) 物理 梁(结构) 计算机科学 操作系统
作者
Tao He,Dong‐Dong Li,Chengfeng Li,Haigang Liang,Chao Feng,Jingyuan Zhu,Lingyun Xie,Siyu Dong,Yuzhi Shi,Xiong Dun,Zeyong Wei,Wang Zhanshan,Xinbin Cheng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-58502-1
摘要

Metasurface-based optical beam scanning devices are gaining attention in optics and photonics for their potential to revolutionize light detection and ranging systems. However, achieving anomalous refraction with perfect efficiency (>99%) remains challenging, limiting the efficiency and field of view (FOV) of metasurface-based optical beam scanning devices. Here, we introduce a paradigm for achieving perfect anomalous refraction by augmenting longitudinal degrees of freedom arousing a multiple scattering process to optimize symmetry breaking. An all-dielectric quasi-three-dimensional subwavelength structure (Q3D-SWS), composed of a purposely designed multilayer film and a dielectric metasurface separated by a spacer, is proposed to eliminate reflection loss and spurious diffraction, achieving >99% anomalous refraction efficiency. By independently rotating two cascaded Q3D-SWSs, we experimentally showcase half-space optical beam scanning, achieving a FOV of 144° × 144°, with a maximum efficiency exceeding 86%. Our results open new avenues for high-efficiency metasurfaces and advances applications in light detection and ranging systems. The authors introduce an exciting paradigm for achieving perfect anomalous refraction using an all-dielectric quasi–three-dimensional subwavelength structure and demonstrate half-space beam scanning.
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