突破孔径限制的超强电磁波传输

本文报道了一种名为‘线穿孔超表面’（WITHE）的新型电磁波调控结构，它能实现近乎完美的电磁波透射（理论模拟达100%，实验达93.7%），且完全不受金属板上孔洞尺寸的限制——即使孔洞直径仅千分之二毫米（比波长小四万倍以上），仍可达到近100%透射。其核心原理是‘临界耦合’：当一根细金属线对称穿过金属板上的微小孔洞时，入射电磁波会激发金属线产生半波长偶极子共振；此时，金属线向反射方向和透射方向辐射的能量恰好相等，且相位相反，导致反射波完全抵消，所有能量都进入透射通道。与以往依赖表面等离激元或局域共振的机制不同，该效应不依赖于孔洞本身的几何尺寸，而是由金属线的长度、位置和取向决定，因此理论上孔洞可无限缩小。研究还进一步拓展了该结构的功能：通过将金属线弯折并采用四重旋转对称排布，可在不降低透射效率的前提下，任意调控透射光的偏振旋转角度（如30°、60°或90°），且透射光保持线偏振（椭圆度接近零）。实验证实，在微波频段（约10 GHz）、45°斜入射条件下，该结构性能优异；即使在正入射（光线垂直照射）时，只需将金属线倾斜一定角度，同样可实现高效透射。此外，该设计对金属板厚度、金属线粗细及入射角度变化均表现出良好鲁棒性。这项工作为突破传统光学衍射极限、开发紧凑型高性能电磁器件（如超高灵敏生物传感器、可调谐滤波器、新型天线和偏振调控元件）提供了全新物理机制和实用技术路径。