超表面是一种具有亚波长尺寸结构的人造材料，它能够控制入射电磁波的传播特性，例如反射、折射、衍射和吸收。由于超表面具有如此独特的性能，它们在许多领域都有着潜在的应用前景，比如光学成像、隐身技术、光学调制、全息成像、量子信息处理等。超表面的设计和优化是电磁学领域的重要研究方向，随着研究的深入，需要在更宽的频带范围内实现对电磁波的控制，这就要求超表面具有宽带的特性。
在本文中，作者提出了不依赖于Pancharatnam–Berry（PB）相位的宽带超表面快速优化设计方法。PB相位是指在一些特定的非吸收介质中，由于光波的自旋与动量之间的相互作用而产生的相位变化，它在光学器件和超材料设计中具有重要的应用。但是，使用PB相位的超表面往往面临着材料损耗和设计复杂度高等问题。
针对这些问题，本文提出了一种不使用PB相位的新设计方法，该方法的关键在于使用低品质因子(Q因子)的共振元件来构成超表面，并利用遗传算法和非线性拟合方法进行优化设计。品质因子是衡量共振系统的共振强度的一个参数，较低的Q因子意味着较宽的共振带宽和较弱的共振强度，这为宽带设计提供了可能。在此基础上，通过远场散射模式的快速合成，能够利用杂波阵列模式来达到设计目标。
设计得到的宽带低雷达散射截面超表面在验证了所提设计方法的可行性和性能，特别是在宽带雷达散射截面(RCS)降低方面显示出了良好的性能。RCS是一个物体被雷达波照射时反射电磁波强度的度量，通过降低目标的RCS可以实现物体的隐身效果。设计中未使用PB相位的元素是非吸收的，能够预测宽带和光滑的相位偏移，提供了宽带有效操控微波的新机会。
此外，本文中提到的杂波阵列模式（hybrid array patterns）是一个关键概念，它涉及到将不同类型的阵列模式结合起来以达到特定的辐射或散射特性。在这项工作中，作者通过使用杂波阵列模式可以快速合成远场散射模式，这在设计过程的效率和实用性方面是一个巨大的进步。
文章还提到了一些关键的参考文献，比如N.Yu等人在Science上发表的文章探讨了具有相位不连续性的光传播的一般反射和折射定律。S.Sun等人在Nano Letters上发表的研究展示了利用梯度超表面实现高效宽带异常反射的成果。C.L.Holloway等人则在他们的工作中提供了一个关于超表面理论和应用的综述。这些研究为本文的方法提供了理论基础和技术参考，显示了该领域研究的连续性和发展脉络。
本研究提出了一种有效的超表面设计方法，它不仅具有宽带响应，而且提高了设计效率，减少了设计过程中的复杂度。这对于超表面在电磁波操控领域的实际应用具有重要意义，尤其是在要求快速响应和高效性能的场景中。同时，该方法也为超表面的研究和应用开辟了新的途径，有助于推动该领域技术的发展和创新。
