CN115047653A - 一种可调超表面系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可调超表面系统，包括：波前调制器、光学聚焦装置和超表面结构，超表面结构包括多个由相变材料制成的纳米结构，相变材料的相变态包括晶态和非晶态；波前调制器对射入的控制光线进行波前调制，并向光学聚焦装置出射波前调制后的控制光线；光学聚焦装置用于对波前调制后的控制光线进行聚焦，形成多个光焦点；超表面结构位于多个光焦点形成的光焦面处，用于对射入的工作光线进行相位调制，工作光线的光路与波前调制器、光学聚焦装置不重叠。通过本发明实施例提供的可调超表面系统，能够实现对纳米结构的独立光控，不受布线影响；并且，能够形成百纳米级的光焦点，可以适用于更小的像素或更多的像素数，能够应用到更广的场景。

Description

一种可调超表面系统
技术领域
本发明涉及光学元件技术领域，具体而言，涉及一种可调超表面系统。
背景技术
超表面的光学性能主要由两个因素决定：①结构单元的几何形状与尺寸；②材料的介电常数。当超表面器件制备后，其结构的几何形状与尺寸就难以改变，因此可以通过改变材料的介电常数以实现器件光学性能的调控或重构。
相变材料能够在晶态与非晶态之间相互转换，不同状态的相变材料能够实现不同的调制效果，可以大幅度地改变介电常数。例如，一束光线入射至相变材料，当相变材料位于非晶态时，出射左旋光向右侧偏转；相变材料位于晶态时，出射光向左侧偏转，实现二值调制。此外，部分方案利用相变材料能够部分晶化的特点，使得非晶态到晶态是一个逐渐变化的过程，从而实现反射相位可连续调控。
目前，主要是通过电控的方式实现相变材料状态转换。例如，可以在相变材料上下两侧分别设置电极，通过电控来加热相变材料，从而达到可调超表面的效果。但是所有电控都需要解决布线的问题，当像素很多时(比如大于100万)，布线需拉得很远，从而导致像素不能过高；另一方面，由于电子布线工艺的限制，单个电子做到百纳米尺度还极有挑战，从而限制了可调相变超表面的像素数目和像素大小。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种可调超表面系统。
本发明实施例提供了一种可调超表面系统，包括：波前调制器、光学聚焦装置和超表面结构，所述超表面结构包括多个由相变材料制成的纳米结构，所述相变材料的相变态包括晶态和非晶态；
所述波前调制器位于所述光学聚焦装置远离所述超表面结构的一侧，用于对射入的控制光线进行波前调制，并向所述光学聚焦装置出射波前调制后的控制光线；
所述光学聚焦装置用于对所述波前调制后的控制光线进行聚焦，形成多个光焦点；
所述超表面结构位于多个所述光焦点形成的光焦面处，且至少部分所述纳米结构与所述光焦点位置对应；所述超表面结构用于对射入的工作光线进行相位调制，且所述工作光线的光路与所述波前调制器、所述光学聚焦装置不重叠。
在一种可能的实现方式中，所述超表面结构还包括透明基底；多个所述纳米结构位于所述透明基底的一侧；
所述纳米结构靠近所述透明基底的一端与所述光焦点位置对应。
在一种可能的实现方式中，所述超表面结构还包括金属反射层；
所述金属反射层位于所述纳米结构与所述透明基底之间，且所述金属反射层靠近所述纳米结构的一侧为反光侧。
在一种可能的实现方式中，所述波前调制器、所述光学聚焦装置位于所述金属反射层远离所述纳米结构的一侧。
在一种可能的实现方式中，所述超表面结构还包括多个光热转换结构；
多个光热转换结构位于所述透明基底靠近所述纳米结构的一侧，且所述光热转换结构与所述纳米结构的位置一一对应；
所述光热转换结构用于将射入的控制光线的光能转换为热能。
在一种可能的实现方式中，所述超表面结构还包括介质匹配层；
所述介质匹配层位于所述纳米结构与所述透明基底之间，并抵接所述纳米结构。
在一种可能的实现方式中，所述超表面结构还包括填充材料，所述填充材料在工作波段透明；
所述填充材料填充在所述纳米结构之间，且所述填充材料的折射率与所述纳米结构的折射率之间的差值不小于0.5。
在一种可能的实现方式中，所述光学聚焦装置的数值孔径大于预设阈值；
在所述光学聚焦装置的数值孔径为所述预设阈值的情况下，所述光学聚焦装置在所述超表面结构上所形成的所述光焦点的尺寸不大于所述纳米结构的周期。
在一种可能的实现方式中，所述预设阈值大于或等于0.6。
在一种可能的实现方式中，所述光学聚焦装置的波像差小于0.3λ，λ表示所述控制光线的波长。
在一种可能的实现方式中，所述光学聚焦装置包括：组合透镜；
所述组合透镜由多个透镜组成；或者，由至少一个透镜和至少一个超透镜组成；或者，由多个超透镜组成。
在一种可能的实现方式中，所述光学聚焦装置为轴上多焦点聚焦装置或轴外多焦点聚焦装置。
在一种可能的实现方式中，所述控制光线与所述工作光线的波长不同；和/或，所述控制光线为平行光。
在一种可能的实现方式中，所述相变材料包括锗锑碲化物、碲化锗、碲化锑、银锑碲化物中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，所述波前调制器位于所述光学聚焦装置的入瞳位置。
本发明实施例提供的方案中，利用波前调制器和光学聚焦装置，可以在超表面结构所在位置生成多个可控的光焦点，光焦点与相变材料制成的纳米结构位置对应，从而可以实现对纳米结构的独立光控，以光控的方式独立地改变纳米结构的相变状态，从而可以控制像素级相变。该可调超表面系统采用光控的方式控制该超表面结构的相变状态，不需要电控式布线，不受布线工艺的限制；并且，波前调制器和光学聚焦装置能够形成百纳米级的光焦点，可以适用于更小的像素或更多的像素数，可以基于实际需求设计超表面结构的像素数目和像素大小，能够应用到更广的场景。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的可调超表面系统的一种结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的可调超表面系统的另一种结构示意图；
图3A示出了本发明实施例所提供的可调超表面系统中光学聚焦装置的第一结构示意图；
图3B示出了本发明实施例所提供的可调超表面系统中光学聚焦装置的第一结构示意图；
图3C示出了本发明实施例所提供的可调超表面系统中光学聚焦装置的第一结构示意图；
图4示出了本发明实施例所提供的可调超表面系统的再一种结构示意图；
图5A示出了本发明实施例所提供的透射式超表面结构的第一结构示意图；
图5B示出了本发明实施例所提供的透射式超表面结构的第二结构示意图；
图6A示出了本发明实施例所提供的透射式超表面结构的第三结构示意图；
图6B示出了本发明实施例所提供的透射式超表面结构的第四结构示意图；
图7A示出了本发明实施例所提供的透射式超表面结构的第五结构示意图；
图7B示出了本发明实施例所提供的透射式超表面结构的第六结构示意图；
图8A示出了本发明实施例所提供的反射式超表面结构的第一结构示意图；
图8B示出了本发明实施例所提供的反射式超表面结构的第二结构示意图；
图9A示出了本发明实施例所提供的反射式超表面结构的第三结构示意图；
图9B示出了本发明实施例所提供的反射式超表面结构的第四结构示意图；
图10A示出了本发明实施例所提供的反射式超表面结构的第五结构示意图；
图10B示出了本发明实施例所提供的反射式超表面结构的第六结构示意图；
图11示出了本发明实施例所提供的一种光焦点分布方式及其入瞳相位图；
图12示出了本发明实施例所提供的另一种光焦点分布方式及其入瞳相位图。
图标：
10-波前调制器、20-光学聚焦装置、30-超表面结构、301-纳米结构、302-透明基底、303-金属反射层、304-光热转换结构、305-介质匹配层、306-填充材料、201-透镜、202-超透镜。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施提供了一种可调超表面系统，通过光控的方式显示超表面的相位可调。参见图1所示，该可调超表面系统包括：波前调制器10、光学聚焦装置20和超表面结构30，超表面结构30包括多个由相变材料制成的纳米结构301，该相变材料的相变态至少包括晶态和非晶态。
其中，波前调制器位于光学聚焦装置20远离超表面结构30的一侧，即该光学聚焦装置20位于波前调制器10与超表面结构30之间；为方便控制波前调制器10，可选地，该波前调制器位于光学聚焦装置20的入瞳位置。波前调制器10用于对射入的控制光线A进行波前调制，并向光学聚焦装置20出射波前调制后的控制光线A。光学聚焦装置20用于对波前调制后的控制光线A进行聚焦，形成多个光焦点。超表面结构30位于多个光焦点形成的光焦面处，且至少部分纳米结构301与光焦点位置对应；超表面结构30用于对射入的工作光线B进行相位调制，且工作光线B的光路与波前调制器10、光学聚焦装置20不重叠。该纳米结构301是全介质结构单元，在工作波段(例如可见光波段)具有高透过率。纳米结构301按照正六边形、正方形、扇形等周期性的阵列排布，例如，纳米结构301可以位于一个周期的中心位置和/或顶点位置。
本发明实施例中，基于相变材料制作纳米结构301，相变材料在激光等外加激励下会改变物质内部的晶格，可以大幅度地改变介电常数，相变材料的状态发生变化，从而能够实现相位可调。本发明实施例中，该可调超表面系统通过将控制光线A聚焦在相应的纳米结构301处，可以通过控制光线激励该纳米结构301，实现对超表面结构30的相位控制。其中，本发明实施例利用波前调制器10和光学聚焦装置20，将控制光线A聚焦到纳米结构301处。
具体地，波前调制器10(也称为波前调控器)可以改变光的相位(例如通过双折射效应等实现)，从而能够改变并控制光的波前。如图1所示，控制光线A射入波前调制器10，该波前调制器10能够调制该控制光线A的波前，并将波前调制后的控制光线A发送至光学聚焦装置20。可选地，该控制光线A可以为平行光；如图1所示，该波前调制器能够将平行光的波前调制为汇聚波波前。该波前调制器10可以为透射式的(如图1所示)，也可以为反射式的，本实施对此不做限定。例如，该波前调制器10可以是液晶空间光调制器(LCSLM)、数字微反射镜(DMD)或者由可调超表面构成的空间光调制器等。
光学聚焦装置20能够对波前调制后的控制光线A进行聚焦，可以形成多个光焦点。具体地，波前调制器位于光学聚焦装置20的入瞳位置，光学聚焦装置20能够产生间隔距离为纳米或微米级别的多个光焦点，例如，光焦点之间的间隔为百纳米级别，使得不同的光焦点能够对应不同的纳米结构301，从而能够将控制光线A聚焦在不同的纳米结构301处，实现对不同纳米结构301的独立控制，使得超表面结构30能够实现像素级相变。其中，可调焦点位置与入瞳位置处的相位关系如下式所示：
Figure BDA0003693877110000081
其中，x、z表示光学聚焦装置20入瞳面上的坐标轴，其最大与最小值由光学聚焦装置20的入瞳口径决定，k为波数，ai与bi分别为第i个焦面上的焦点在焦平面的坐标。
本发明实施例中，通过控制波前调制器10的调制效果，可以实现在不同位置生成多个光焦点，多个光焦点位于同一平面，该平面称为光焦面，且超表面结构30位于该光焦面，使得纳米结构301能够位于光焦点处。例如，所生成的光焦点与超表面结构30中的纳米结构301之间为一一对应关系；并且，通过波前调制器10可以控制在哪些纳米结构301处形成光焦点，从而能够对每个纳米结构301实现光控，能够调节纳米结构301的相位。
其中，相变材料在不同相变态下，具有不同的调制效果，该相变态具体包括晶态、非晶态等。例如，制作纳米结构301的相变材料可以为锗锑碲化物(GeXSBYTEZ)，碲化锗(GeXTEY)，碲化锑(SbXTEY)，银锑碲化物(AgXSBYTEZ)等。例如，该相变材料为GST(Ge2SB2TE5)。一般情况下，GST为非晶态；在向GST施加激光激励后，GST被加热，非晶态的GST会相变为晶态，实现非晶态→晶态的快速转换。并且，晶态的GST被激光加热超过熔点后，经急速冷却可再次转换为非晶态，整个冷却过程能够在10ns内急速完成，从而也可以实现晶态→非晶态的快速转换。本发明实施例中，若以GST制作纳米结构301，通过聚焦的控制光线A能够改变纳米结构301的温度，从而可以实现晶态
Figure BDA0003693877110000082
非晶态之间地快速转换。
本发明实施例中，控制光线A用于向纳米结构301提供激励，而超表面结构30用于调制其他光线的相位，本实施例将超表面结构30需要相位调制的光线称为工作光线，并用B表示。为避免波前调制器10、光学聚焦装置20影响该工作光线B，本发明实施例中，波前调制器10、光学聚焦装置20设置在除该工作光线B的光路之外的其他位置，即工作光线B的光路与波前调制器10、光学聚焦装置20不重叠。
本发明实施例中，采用具有晶态、非晶态的相变材料制作纳米结构301，从而可以在不改变超表面结构30透反特性的情况下实现相位调制，即该超表面结构30始终为反射式超表面或透射式超表面，以方便设置波前调制器10、光学聚焦装置20的位置，避免与工作光线B的光路重叠。在超表面结构30为反射式超表面的情况下，可以将纳米结构301与波前调制器10等设置在该反射式的超表面结构30的两侧，实现共轴。例如，该超表面结构30包括金属反射层和多个纳米结构，该波前调制器10、光学聚焦装置20设置在金属反射层的一侧，多个纳米结构设置在该金属反射层的另一侧，且金属反射层的另一侧为反光侧，工作光线B可以从该金属反射层的另一侧射入该超表面结构30。
例如，参见图1所示，若超表面结构30为反射式超表面，其能将入射的工作光线B1进行反射，其反射光线为B2；该波前调制器10、光学聚焦装置20可以设置在该超表面结构30的另一侧，波前调制器10、光学聚焦装置20、超表面结构30可以共轴，光学聚焦装置20为轴上多焦点聚焦装置。或者，参见图2所示，若该超表面结构30为透射式超表面(如超透镜)，该超表面结构30能够对入射的工作光线B1进行相位调制，并透射调制后的工作光线B2；该波前调制器10、光学聚焦装置20可以设置在该超表面结构30的任意一侧，只需要保证与工作光线不存在重叠即可；在这种情况下，光学聚焦装置20与超表面结构30不共轴，该光学聚焦装置20需要能够生成轴外多焦点，其为轴外多焦点聚焦装置。可选地，控制光线与工作光线的波长不同，以尽量避免控制光线影响工作光线。
本发明实施例提供的一种可调超表面系统，利用波前调制器10和光学聚焦装置20，可以在超表面结构30所在位置生成多个可控的光焦点，光焦点与相变材料制成的纳米结构301位置对应，从而可以实现对纳米结构301的独立光控，以光控的方式独立地改变纳米结构301的相变状态，从而可以控制像素级相变。该可调超表面系统采用光控的方式控制该超表面结构30的相变状态，不需要布线，不受布线工艺的限制；并且，波前调制器10和光学聚焦装置20能够形成百纳米级的光焦点，可以适用于更小的像素或更多的像素数，可以基于实际需求设计超表面结构30的像素数目和像素大小，能够应用到更广的场景，例如全固态激光雷达等。
可选地，该光学聚焦装置20的数值孔径大于预设阈值。在光学聚焦装置20的数值孔径为预设阈值的情况下，光学聚焦装置20在超表面结构30上所形成的光焦点的尺寸不大于纳米结构301的周期。例如，改预设阈值大于或等于0.6。此外可选地，该光学聚焦装置20的波像差小于0.3λ，λ表示控制光线A的波长。
本发明实施例中，该光学聚焦装置20是大数值孔径和/或小波相差的光学系统，以能够产生百纳米间隔的光焦点。大数值孔径和小波像差保证了光焦点较小，能量集中，更有利于像素级精准调控。
可选地，该光学聚焦装置20包括：组合透镜；参见图3A-3C所示，该组合透镜由多个透镜201组成；或者，由至少一个透镜201和至少一个超透镜202组成；或者，由多个超透镜202组成。其中，该透镜201为传统的折射透镜。例如，参见图4所示，该光学聚焦装置20可以是显微物镜；显微物镜的像差矫正良好，符合系统要求，能够形成所需的光焦点。
在上述任一实施例的基础上，该超表面结构30除了包含相变材料制作的纳米结构301之外，参见图5A所示，其还包括透明基底302；多个纳米结构301位于透明基底302的一侧；并且，纳米结构301靠近透明基底302的一端与光焦点位置对应。
本发明实施例中，该透明基底302为透明的，其至少能够透过控制光线A，以使得控制光线A能够在纳米结构301靠近透明基底302的一端形成光焦点，从而利用光热转换效应对纳米结构301进行加热，进而改变纳米结构301的相变状态。其中，若该超表面结构30为透射式超表面，该透明基底302还在工作波段透明，例如，其可以透过工作光线B。
可选地，参见图5B所示，该超表面结构30还包括填充材料306，填充材料306在工作波段透明；填充材料306填充在纳米结构301之间，且填充材料306的折射率与纳米结构301的折射率之间的差值不小于0.5。本发明实施例中，填充在纳米结构301周围的填充材料306能够起到包括纳米结构301的作用，并且，该填充材料306的折射率与纳米结构301的折射率之间的差值大于或等于0.5，以避免填充材料306影响光线调制效果。其中，工作波段指的是工作光线B所在的波段，即填充材料306至少能够透过工作光线B。
可选地，参见图6A所示，该超表面结构30还包括多个光热转换结构304；多个光热转换结构304位于透明基底302靠近纳米结构301的一侧，且光热转换结构304与纳米结构301的位置一一对应；该光热转换结构304用于将控制光线A的光能转换为热能。
本发明实施例中，在纳米结构301的一侧设置位置对应的光热转换结构304，使得光焦点可以聚焦在该光热转换结构304处，该光热转换结构304能够快速地将光能转换为热能，从而可以提高相变速度和效率。例如，该光热转换结构304可以由光热敏材料制成。
此外可选地，与上述图5B所示的结构相似，该超表面结构30也可以包括填充材料306，具体可参见图6B所示，该填充材料306与图5B所示实施例中的填充材料306具有相同的作用，此处不做赘述。
可选地，参见图7A所示，该超表面结构30还包括介质匹配层305；该介质匹配层305位于纳米结构301与透明基底302之间，并抵接纳米结构301。
本发明实施例中，该介质匹配层305的折射率与纳米结构301的折射率(或者，纳米结构301的等效折射率)之间的差值小于或等于预设阈值，例如，该预设阈值为1或者0.5等，使纳米结构301的折射率与介质匹配层305折射率相匹配，从而能够提高纳米结构301的透过率。例如，该介质匹配层305的厚度可以为30nm～1000nm。其中，该介质匹配层305在工作波段透明，例如能够透过工作光线B等。例如，该介质匹配层305的材料可以为石英玻璃。此外可选地，与上述图5B所示的结构相似，该超表面结构30也可以包括填充材料306，具体可参见图7B所示。
可选地，参见图8A所示，该超表面结构30还包括金属反射层303；金属反射层303位于纳米结构301与透明基底302之间，且金属反射层303靠近纳米结构301的一侧为反光侧。
本发明实施例中，该超表面结构30可以为反射式超表面，其包括金属反射层303，且纳米结构301位于该金属反射层303的反光侧，使得超表面结构30能够以反射入射光的方式进行相位调制。例如，该金属反射层303可以为金、银、铜、铝或者其合金制作而成，其厚度可以为100nm～100μm，此外可选地，该超表面结构30也可以包括填充材料306，具体可参见图8B所示。
例如，在该超表面结构30为反射式超表面的情况下，如图4所示，纳米结构301与波前调制器10、光学聚焦装置20可以位于金属反射层303的两侧，即，波前调制器10、光学聚焦装置20位于金属反射层303远离纳米结构301的一侧，使得光学聚焦装置20与超表面结构30可以共轴，以能够方便地形成光焦点。
可选地，参见图9A所示，该超表面结构30还包括多个光热转换结构304；多个光热转换结构304位于透明基底302靠近纳米结构301的一侧，且光热转换结构304与纳米结构301的位置一一对应；该光热转换结构304用于将控制光线A的光能转换为热能。
本发明实施例中，在纳米结构301的一侧设置位置对应的光热转换结构304，使得光焦点可以聚焦在该光热转换结构304处，该光热转换结构304能够快速地将光能转换为热能，从而可以提高相变速度和效率。例如，该光热转换结构304设置在透明基底302与金属反射层303之间，以使得该可调超表面系统为共轴系统，控制光线A能够简单方便地射至该光热转换结构304处，并形成光焦点。此外可选地，该超表面结构30也可以包括填充材料306，具体可参见图9B所示。
可选地，参见图10A所示，该超表面结构30还包括介质匹配层305；该介质匹配层305位于纳米结构301与透明基底302之间，并抵接纳米结构301。如图10A所示，该介质匹配层305可以位于纳米结构301与金属反射层303之间。
本发明实施例中，该介质匹配层305的折射率与纳米结构301的折射率(或者，纳米结构301的等效折射率)之间的差值小于或等于预设阈值，例如，该预设阈值为1或者0.5等，使纳米结构301的折射率与介质匹配层305折射率相匹配，从而能够提高纳米结构301的透过率。例如，该介质匹配层305的厚度可以为30nm～1000nm。其中，该介质匹配层305在工作波段透明，例如能够透过工作光线B等。例如，该介质匹配层305的材料可以为石英玻璃。此外可选地，该超表面结构30也可以包括填充材料306，具体可参见图10B所示。
下面通过一个实施例详细介绍该可调超表面系统的工作过程。
本发明实施中，超表面结构30中的纳米结构301按照正方形周期排列，并按照5×5的方式排列，每个纳米结构301对应一个像素，图11中左图示出了纳米结构301的排列方式。纳米结构301的周期为1000nm(即图11中左图正方向的边长为1000nm)，纳米结构301的高度为1500nm。光学聚焦装置20采用显微物镜，其入瞳口径为5mm，即5000μm。
通过控制波前调制器10的调制效果，在该超表面结构30表面形成5个光焦点，其光焦点的分布方式可参见图11中左图圆点所示，此时，其对应的入瞳相位图参见图11中右图所示。
并且，通过控制波前调制器10的调制效果，在该超表面结构30表面形成8个光焦点，其光焦点的分布方式可参见图12中左图圆点所示，此时，其对应的入瞳相位图参见图12中右图所示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种可调超表面系统，其特征在于，包括：波前调制器(10)、光学聚焦装置(20)和超表面结构(30)，所述超表面结构(30)包括多个由相变材料制成的纳米结构(301)，所述相变材料的相变态包括晶态和非晶态；
所述波前调制器(10)位于所述光学聚焦装置(20)远离所述超表面结构(30)的一侧，用于对射入的控制光线进行波前调制，并向所述光学聚焦装置(20)出射波前调制后的控制光线；
所述光学聚焦装置(20)用于对所述波前调制后的控制光线进行聚焦，形成多个光焦点；
所述超表面结构(30)位于多个所述光焦点形成的光焦面处，且至少部分所述纳米结构(301)与所述光焦点位置对应；所述超表面结构(30)用于对射入的工作光线进行相位调制，且所述工作光线的光路与所述波前调制器(10)、所述光学聚焦装置(20)不重叠。
2.根据权利要求1所述的可调超表面系统，其特征在于，所述超表面结构(30)还包括透明基底(302)；多个所述纳米结构(301)位于所述透明基底(302)的一侧；
所述纳米结构(301)靠近所述透明基底(302)的一端与所述光焦点位置对应。
3.根据权利要求2所述的可调超表面系统，其特征在于，所述超表面结构(30)还包括金属反射层(303)；
所述金属反射层(303)位于所述纳米结构(301)与所述透明基底(302)之间，且所述金属反射层(303)靠近所述纳米结构(301)的一侧为反光侧。
4.根据权利要求3所述的可调超表面系统，其特征在于，所述波前调制器(10)、所述光学聚焦装置(20)位于所述金属反射层(303)远离所述纳米结构(301)的一侧。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的可调超表面系统，其特征在于，所述超表面结构(30)还包括多个光热转换结构(304)；
多个所述光热转换结构(304)位于所述透明基底(302)靠近所述纳米结构(301)的一侧，且所述光热转换结构(304)与所述纳米结构(301)的位置一一对应；
所述光热转换结构(304)用于将射入的控制光线的光能转换为热能。
6.根据权利要求2-4任意一项所述的可调超表面系统，其特征在于，所述超表面结构(30)还包括介质匹配层(305)；
所述介质匹配层(305)位于所述纳米结构(301)与所述透明基底(302)之间，并抵接所述纳米结构(301)。
7.根据权利要求2-4任意一项所述的可调超表面系统，其特征在于，所述超表面结构(30)还包括填充材料(306)，所述填充材料(306)在工作波段透明；
所述填充材料(306)填充在所述纳米结构(301)之间，且所述填充材料(306)的折射率与所述纳米结构(301)的折射率之间的差值不小于0.5。
8.根据权利要求1所述的可调超表面系统，其特征在于，所述光学聚焦装置(20)的数值孔径大于预设阈值；
在所述光学聚焦装置(20)的数值孔径为所述预设阈值的情况下，所述光学聚焦装置(20)在所述超表面结构(30)上所形成的所述光焦点的尺寸不大于所述纳米结构(301)的周期。
9.根据权利要求8所述的可调超表面系统，其特征在于，所述预设阈值大于或等于0.6。
10.根据权利要求1或8所述的可调超表面系统，其特征在于，所述光学聚焦装置(20)的波像差小于0.3λ，λ表示所述控制光线的波长。
11.根据权利要求1所述的可调超表面系统，其特征在于，所述光学聚焦装置(20)包括：组合透镜；
所述组合透镜由多个透镜组成；或者，由至少一个透镜和至少一个超透镜组成；或者，由多个超透镜组成。
12.根据权利要求1所述的可调超表面系统，其特征在于，所述光学聚焦装置(20)为轴上多焦点聚焦装置或轴外多焦点聚焦装置。
13.根据权利要求1所述的可调超表面系统，其特征在于，所述控制光线与所述工作光线的波长不同；和/或，所述控制光线为平行光。
14.根据权利要求1所述的可调超表面系统，其特征在于，所述相变材料包括锗锑碲化物、碲化锗、碲化锑、银锑碲化物中的至少一种。
15.根据权利要求1所述的可调超表面系统，其特征在于，所述波前调制器(10)位于所述光学聚焦装置(20)的入瞳位置。
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