摘要： 等离子体光学领域研究纳米结构的光学相互作用。近年来，亚波长限制效应及光学场在精心设计的纳米尺度物体附近的增强特性，为广泛探索等离子体光学现象开辟了新途径。这一卓越的等离子体光学领域已延伸至多个学科，为材料科学、生物学和工程学等领域的应用提供了广阔前景。超材料领域也因等离子体光学（如超表面）而得到丰富与发展——该概念基于众多亚波长组分（即"超原子"）的集体电磁行为，由此提出并应用了具有非常规体相与表面特性的新型可调复合材料（如近零参数材料与极端值参数材料）。表面波为物理现象研究打开了大门，为诸多应用奠定了基础[1-3]。具有可调电磁特性的超材料[4]的发现，拓展了支持表面波的结构谱系。表面等离极化激元（SPPs）是导体-电介质界面产生的电磁激发，其垂直方向呈倏逝波限制[5-8]。通过几何诱导SPPs（即赝SPPs）可模拟受限SPPs特性，该现象可在更低频段实现，表明表面结构能催生赝表面等离激元。前者作为结构化表面的完美原型[9]，使得具备光流调控能力的平面超材料（超表面）近年备受关注。其核心目标是通过设计普通材料界面的亚波长结构实现预期相位分布，经合理设计的相位能完全调控传播波特性。值得注意的是，异常反射与折射现象已在红外波段得到验证。基于超表面的光学器件（如涡旋板、波片和超薄聚焦透镜）也已针对线偏振光或顶点光束等入射光提出。当前该领域的基础研究正催生首批具有工业前景的应用。 数百年来，光学特性调控仅限于改变材料成分，依赖自然材料中的光传播来实现相位调制与波前定制。超材料的引入使光学波前控制突破传统传播方式，转而依靠精密设计的内部结构——这一理论由Pendry等人在20年前首次提出[10]，此后人工设计材料领域发展不断加速。超材料能呈现自然材料中不存在的新型电磁现象（其存在不受物理定律限制），这些人工"材料"由复合单元元件构成（虽比常规材料的分子晶胞大数个量级），可通过有效"材料"参数描述其与电磁波的相互作用。因此在目标工作波段（通常为光学波段），超材料仍可视为均质材料。通过精心构建单元元件，可获得负折射率等异常材料特性。材料折射率η由其宏观介电常数ε和磁导率μ决定（η=√εμ）。此类负折射率材料的开发可带来光学领域的革新应用，如突破衍射极限的完美透镜或光学隐身装置。最初的负折射率超材料采用金属导线与开口谐振环单元阵列实现，在微波波段实验验证后，随着单元尺寸缩小至纳米级，其光学波段应用也成为可能。但体相超材料常因金属结构的共振响应而存在高损耗与强色散问题，且三维超材料所需的复杂结构难以通过现有微纳加工技术实现。因此近期研究聚焦二维超材料（即超表面），这类平面材料兼具电磁响应调控能力与薄层结构的低损耗优势。亚波长厚度表面的引入使传播相位最小化，研究焦点从开发负介电常数/磁导率材料转向通过表面结构调控反射与透射——这可通过设计超表面空间变化的相位响应（采用金属或介质表面结构）来利用散射效应产生的突变相位跃变与偏振变化，并实现精准调控。 固体物理学中，材料可根据能带结构分类：金属具有重叠的导带与价带，电子可自由移动；电介质绝缘体则存在宽禁带。两类材料虽通过不同物理机制与入射电磁场相互作用并产生光散射效应，但均被用于实现超材料的巨大潜力。