Bloch oscillations and subwavelength focusing in stacked fishnet metamaterials
在这篇文章中，我们介绍了堆叠渔网超材料在微波区的光转向。我们数值证明，光学布洛赫振荡和一个焦点的六分之一的波长可以实现。鱼网板的几何参数的灵活性提供了一种有效的方法来调整其局部有效介质参数，并打开了任意控制光的可能性。实验验证了磁场直接扫描样品表面的亚波长光聚焦效应。
2017-09-14 physics.optics
Ultra-high terahertz index in deep subwavelength coupled bi-layer free-standing flexible metamaterials
我们报告了通过利用独立薄膜金属-电介质-金属棋盘结构中的深亚波长耦合，人工设计的超材料的折射率得到了广泛的增强。在太赫兹波段获得了77.02+43.22i的高折射率。详细的研究表明，在双层设计中，通过深亚波长耦合来增强结构的有效折射率是由幂律控制的，这是一种有效且简单的设计高折射率超材料的方法。该方法依赖于深亚波长耦合，以获得极高的折射率值，可以导致在成像，光刻，延迟线和干涉仪的设计领域中的许多实际应用。
2022-03-31 physics.class-ph physics.optics
Multi-refractive-index metamaterials based on subwavelength waveguide arrays
我们证明了一种超材料，不能描述由一组单一的折射率和阻抗值，即使是固定的频率和极化。超材料结构是具有亚波长宽度和间隔的不同波导的堆叠，其以不同的相速度引导光。这种多折射率超材料（MRIM）可以被看作是多个均匀材料的空间叠加。使用全波模拟，我们演示了几个光学元件的基础上MRIMs，包括棱镜，偏转光到多个角度，多个焦点的透镜，和多折射率法布里-珀罗标准具与增强密度的谐振模式。我们提供了一个理论框架，用于分析磁共振成像，以确定有效折射率，功率的分数到每个通道（即，每个折射率）和透射率。
2018-07-30 physics.optics
Time-dependent high-contrast subwavelength resonators
在超材料领域，许多有趣的现象都是由于具有空间周期性的结构而产生的。在不定常的结构中，概念上相似的性质可能出现，然而它们具有根本不同的物理含义。在这项工作中，我们研究了亚波长超材料背景下的不定常系统。主要结果是电容矩阵表征的能带结构，概括了以前最近的静态亚波长超材料的工作。这一特性为计算不定常结构的色散关系提供了理论依据和有效的数值方法。我们在几个结构中展示了有趣的波操纵特性。
2021-06-21 cond-mat.mtrl-sci math.AP physics.optics
Subwavelength fractional Talbot effect in layered heterostructures of composite metamaterials
我们证明了在一定条件下，分数Talbot复苏可以发生在异质结构的复合超材料，如多层正负折射率介质，金属电介质叠层，和一维介电光子晶体。最重要的是，不使用近轴近似，我们得到的Talbot图像的横向图案小于照明波长的特征尺寸。导出了这种结构中Talbot距离的一般表达式，并讨论了在层状异质结构中观察Talbot效应的有利条件。
2006-07-31 physics.optics
Effects of deterministic disorder at deeply subwavelength scales in multilayered dielectric metamaterials
人们普遍认为，多层介质超材料，在深亚波长层的制度，准确地描述了简单的有效介质模型的基础上混合公式，不依赖于空间的安排。在最近的研究中，我们发现了违反直觉的周期性和非周期性（有序或随机）场景的例子，在这些场景中，这个前提被打破了，我们在这里研究确定性无序的影响。具体参考Golay-Rudin-Shapiro序列的基础上的模型，我们说明了某些特殊的边界效应，可以发生在有限尺寸的电介质多层膜，导致异常的光传输特性，与传统的有效介质理论的预测形成鲜明对比。通过参数和比较研究，我们阐明了潜在的物理机制，也突出了与以前研究的几何形状的相似性和差异。我们的结果可能会激发潜在的应用光学传感，开关和激光。
2020-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Subwavelength optical spatial solitons and three-dimensional localization in disordered ferroelectrics: towards metamaterials of nonlinear origin
我们预测在非平衡铁电晶体中存在一类新的多维光局域化。在二维中，无衍射光束以任意低功率水平形成，并且即使当它们的宽度远低于光波长时也能传播。在三维空间中，人们发现了一种新型的亚波长光弹，当成分无序的晶体进入亚稳态玻璃态时，这种效应就会显现出来，它可以对超分辨成像和超密度光存储产生深远的影响，同时类似于所谓的超材料的许多特性，如抑制倏逝波。
2011-02-24 cond-mat.dis-nn physics.optics
Metamaterial near-field sensor for deep-subwavelength thickness measurements and sensitive refractometry in the terahertz frequency range
我们提出了一种基于超材料的太赫兹（THz）传感器，用于亚波长薄材料的厚度测量和液体和液体混合物的折射率测量。该传感器工作在反射几何形状，并利用在介电材料的存在下，一个尖锐的Fano谐振最小的频移。我们获得了12.5 nm的最小厚度分辨率（1/16000倍的太赫兹辐射的波长）和0.43太赫兹每折射率单位的折射率灵敏度。我们支持实验结果的分析模型，该模型描述了样品材料的厚度和折射率的共振频率的依赖关系。
2012-03-20 physics.optics
Probing Terahertz Metamaterials with Subwavelength Optical Fibers
通过亚波长太赫兹光纤的传输，这是平行于频率选择表面的位置，使用几种有限元工具进行了研究。利用带图技术和端口散射矩阵技术分析了光纤传输谱中各种谐振现象的本质。首先，我们观察到，在基于端口的模拟中的大多数传输峰的光谱位置可以与相应的无限周期系统的能带图中的Van Hove奇点的位置相关。此外，光纤传输光谱中的大多数特征的光谱形状可以通过几个Fano型共振的叠加来解释。我们还表明，这些谐振的中心频率和带宽，因此，所得到的传输功能的频谱形状可以通过改变光纤-超材料分离来调谐。
2013-06-10 physics.optics
Subwavelength grating metamaterial waveguides and ring resonators on a silicon nitride platform
我们首次提出并演示了在氮化硅平台上的亚波长光栅（SWG）超材料波导和环形谐振器。SWG波导的设计使得布洛赫模式与顶部包层材料的53%的大重叠被实现，展示了在倏逝场传感和光放大中的应用的优异潜力。的设备，其具有大于100纳米的临界尺寸，制造使用商业快速回转氮化硅原型铸造工艺，使用电子束光刻。所制造的器件的实验表征揭示了优异的环形谐振器内部品质因数（2.11x10^5）和C波段中的低传播损耗（~1.5 dB/cm），与硅基SWG环形谐振器相比，这两个参数都有显著改善。这些结果表明，SWG超材料结构的氮化硅基光子集成电路的良好前景。
2022-09-19 physics.optics
Anomalous Light Transport Induced by Deeply Subwavelength Quasiperiodicity in Multilayered Dielectric Metamaterials
对于介电多层超材料，已知有效参数表示对深亚波长尺度下发生的几何特征不敏感。然而，最近的研究周期性和非周期性有序的几何形状表明，存在某些临界参数制度，这种传统的智慧是颠覆，作为有限尺寸的样品的光学响应可能会大大偏离标准的有效介质理论的预测。在这些制度中，其特征在于由混合的倏逝/传播光传输，不同类别的空间（紊乱）秩序已被证明在光学响应中诱导独特的效果，在异常传输，本地化，增强，吸收和激射。在这里，我们进一步扩展这些例子，考虑准周期性的情况下，基于修改后的斐波那契几何。在这个模型的有趣的功能有一个尺度参数，控制从完美的周期性过渡到准周期性的不同色调的情况下存在。通过一个广泛的参数研究，这使我们能够识别准磁性引起的异常效应，并阐明某些独特的机制和足迹。我们的研究结果具有潜在的有趣的影响，光学探测的结构特征的分辨率远小于波长，也可以利用设计新型的吸收器和低阈值激光器。
2020-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Asymptotic network models of subwavelength metamaterials formed by closely packed photonic and phononic crystals
我们证明，光子和声子晶体组成的紧密间隔的夹杂物构成了一个多才多艺的一类亚波长的超材料。直觉上，包围晶体的空隙和狭窄的间隙形成了一个类似亥姆霍兹共振器的互连网络。我们用这种直觉认为，这些连续的光子（声子）晶体实际上是渐近等效的，在低频率，离散的电容器-电感器（质量弹簧）网络的集总参数，我们推导明确。这种晶体相当于超材料，因为它们的整个声学分支，或者当离散模拟物是多原子时的分支，被挤压到亚波长区域，其中波长与周期的比例就像周期与间隙宽度的比例提高到1/4的幂;在更大的波长下，我们相应地发现一个非常大的有效折射率。完全解析色散关系预测的离散模型产生的色散曲线，同意从连续晶体的有限元模拟。从网络的方法获得的见解是用来表明，令人惊讶的是，由一个紧密堆积的六边形晶格的圆柱体所创建的连续体是由一个离散的蜂窝晶格。类比是用来表明，六方连续晶格有一个Dirac-point退化，解除在一个受控的方式，通过指定的区域的一个破缺。
2017-07-10 physics.optics
Topological chiral edge states in deep-subwavelength valley photonic metamaterials
拓扑谷光子学是光子学的一个新的前沿领域，具有广泛的应用前景。以前的谷边界输运依赖于两个拓扑结构不同的域之间的内部边界处的扭结态。然而，最近的研究揭示了一类新的拓扑手性边缘态（CES）在谷材料的外部边界，这在光子学中仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出并实验证明了拓扑CES谷光子超材料（VPMM）通过精确地调整现场边缘电位。此外，VPMMs工作在深亚波长尺度。因此，支撑的CES是高度受限的和自引导的，而不依赖于包覆层来防止泄漏辐射。通过直接的近场测量，我们观察到体带隙，边缘色散，和强大的边缘传输通过尖角，这是标志的CES。我们的工作为探索谷光子学中的新型拓扑边缘态铺平了道路，并揭示了鲁棒和小型化的光子器件。
2021-08-23 physics.app-ph physics.optics
Subwavelength Imaging with Dielectric Metamaterial Solid-Immersion Lens
传统光学显微镜有限的分辨率源于这样一个事实，即物体的亚波长信息是由倏逝波携带的，倏逝波在空间中呈指数衰减，无法到达成像平面。我们在这里介绍一种超材料固体浸没透镜（mSIL），它利用紧密堆积的高折射率纳米颗粒作为复合介质，有效地转换和传输倏逝波从近场到远场。理想点源的倏逝波能量的约20%可以通过mSIL引导到远场。这导致了mSIL在可见光下的出色成像性能。使用15 nm直径的TiO 2（n=2.55）纳米粒子作为构建块，我们证明了45 nm-75 nm的特征可以通过mSIL在白光显微镜下分辨。我们的方法开辟了使用纯电介质材料获得“完美透镜”的可能性。
2015-11-06 physics.optics
Ultra-broadband nanophotonic phase shifter based on subwavelength metamaterial waveguides
光学移相器广泛应用于集成光学中，不仅用于电信和电信应用，而且用于传感器和量子计算。虽然已经展示了各种有源解决方案，但仍然缺乏无源移相器的进展。在这里，我们提出了一种新型的超宽带90°移相器，它利用了亚波长超材料波导的各向异性和色散工程。我们的Floquet-Bloch计算预测，在从1.35 $μ$ m到1.75 $μ$ m的前所未有的操作范围内，即覆盖E、S、C、L和U电信频带的400 nm带宽，相移误差低于$\pm$ 1.7°。即使在$\pm$ 20 nm的制造误差存在下，我们的移相器的平坦光谱响应也能保持，表现出比传统结构更大的鲁棒性。我们的设备进行了实验证明，使用标准的220 nm厚的SOI晶片，显示了四倍减少的相位变化相比，传统的移相器在145 nm的波长范围内，我们的测量设置。该亚波长工程移相器为新型超宽带光子集成电路的研制奠定了基础。
2019-07-18 physics.app-ph physics.optics
Boundary conditions for the effective-medium description of subwavelength multilayered structures
具有一维周期性的纳米结构，如多层结构，目前是双曲超材料和光子拓扑结构的研究热点。描述亚波长周期性材料的一种有效方法是基于有效材料参数的概念，该参数可以严格推导出局部和非局部响应。然而，为了提供与应用相关的任何预测，有效的材料参数必须由适当的边界条件补充。在这项工作中，我们提供了一个全面的处理空间色散的多层超材料的整体性能，以及推导出的平均场的边界条件。我们证明了局部双各向异性模型并没有捕捉到所有的功能相关的二阶非局部效应在大部分的超材料。正如我们证明，而多层的批量响应不依赖于单元格的选择，有效的边界条件是强烈敏感的层和多层终止的顺序。发展的理论提供了一个清晰的解释，最近的实验上的全介质深亚波长多层膜的反射率，建议进一步的途径，实验探测电磁非局域性的超材料。
2019-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Effective Medium Perspective on Topological Transitions in Metamaterials
光子结构的许多性质依赖于带拓扑，其特征在于整数不变量可以在拓扑转变期间改变，并产生无序鲁棒的拓扑边、角或界面状态。通常，这种结构的周期与波长相当。然而，在许多情况下，单位单元变得深亚波长，因此整个超材料可以用有效材料参数来描述。在这里，专注于亚波长拓扑超材料，我们确定的行为的介电常数和磁导率伴随的拓扑结构的例子具有$D_6$对称性的转变。
2022-03-22 physics.app-ph physics.optics
Locally Polarized Wave Propagation through Metamaterials' Crystallinity
波的传播控制在物理学的许多领域都具有重要意义。它可以实现与波长缩放的光子晶体，从而避免低频应用。相比之下，超材料是在深亚波长尺度上结构化的，因此通常通过均匀化来描述，忽略了晶胞结构。在这里，我们与微波表明，通过考虑其固有的结晶度，我们可以诱导波传播携带角动量内的一个亚波长尺度收集的电线。然后，受凝聚态物理中的量子谷-霍尔效应的启发，我们利用这种体圆偏振来产生沿着特定界面传播的模式。后者还携带边缘角动量，其在传播期间的守恒允许波通过设计在特定方向上路由。这项实验研究不仅证明了晶体超材料是一个简单的桌面平台，可以在宏观尺度上模拟令人兴奋的固态物理现象，而且还为晶体偏振亚波长波导打开了大门。
2018-09-26 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Hyper-gratings: nanophotonics in planar anisotropic metamaterials
我们提出了一种能够在平面非共振结构中的源的远场中产生亚波长焦斑的技术。该方法结合了产生高波矢数模式的衍射光栅和传播这些波并在亚波长焦点处组合它们的均匀各向异性超材料的平板。从某种意义上说，该技术结合了菲涅耳透镜、近场波带片、超透镜和超透镜的优点，同时解决了它们的基本局限性。提出了几种实现所提出的技术为可见光，近红外和中红外频率，并从理论和数值分析了它们的性能。亚衍射片上光子学的发展方法的推广建议。
2008-09-30 physics.optics
Nanoscale Metamaterial Optical Waveguides with Ultrahigh Refractive Indices
提出了一种基于金属-介质多层无限异向介质的深亚波长光波导。基于金属-介质多层结构和有效介质方法，对不同模阶的波导模式进行了系统的数值模拟。研究了不同模式阶数、自由空间波长和波导截面尺寸对波导模式折射率、传播长度和模式面积的影响。此外，波导模式也示出了在波矢空间中的等频率轮廓，以研究波导模式截止高阶模式的机制。实现了尺寸小于λ0/50、模面积为10-4 λ 0 2量级的深亚波长光波导，在通信波长处的有效折射率达62.0。这种新型的超材料光波导为增强光-物质相互作用的各种应用开辟了机会。
2012-03-18 physics.optics
Deep-subwavelength engineering of stealthy hyperuniformity
Seoul National University（首尔大学）
通过隐形超均匀性概念，在深度亚波长尺度上设计无序多层膜，实现波局域的角度选择性操控。
2024-10-10 physics.optics
Toroidal Response in Dielectric Metamaterials
我们提出并分析了一种基于亚波长LiTaO3极化激元柱的电介质团簇，用于演示由于柱的Mie共振模式的相互耦合而在THz区域的环形响应。基于这个集群，我们展示了一个低损耗的超材料与占主导地位的环形响应，这在实现谐振总传输中起着关键作用。
2013-08-05 physics.optics
W-Band Pancharatnam Half Wave Plate Based on Negative Refractive Index Metamaterials
电磁超材料，由亚波长大小的结构排列制成，可以用来操纵辐射。设计沿一个轴具有正折射率且沿正交轴具有负折射率的超材料可导致双折射$Δn>1$。这种效应可以用来制造具有亚波长厚度的波片。以前以这种方式制作波片的尝试导致了非常窄的可用带宽。在本文中，我们使用Pancharatnam方法来增加可用带宽。有限元法和传输线模型的组合用于优化最终设计。实验结果进行了比较的建模数据。
2014-02-21 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Radiative Emission Enhancement Using Nano-antennas Made of Hyperbolic Metamaterial Resonators
分析了双曲型超材料谐振器作为纳米天线用于增强其附近量子发射体的辐射发射。已经表明，由于非常大的态密度，双曲超材料衬底附近的发射器的自发发射率显著增强。然而，增强耦合到自由空间，这是中央的应用，如固态照明，还没有得到显着的研究。在这里，我们用数值方法证明了在660 nm波长处的自由空间辐射发射的大约100倍的增强，通过利用圆柱形HM谐振器，其半径为54 nm，高度为80 nm，在不透明的银包覆衬底的顶部上。我们还展示了如何自由空间辐射增强因子取决于偶极子的方向和发射器附近的亚波长谐振器的位置。此外，我们还计算了亚波长间距的HM谐振器阵列可以保持单个谐振器的大部分增强效果。
2014-08-14 physics.optics
Conjugate metamaterials and the perfect lens
在这封信中，我们将展示如何变换光学使我们能够设计所谓的共轭超材料。我们表明，这些材料也可以作为基板，使亚波长分辨率的镜头。所谓的“完美透镜”，其是可以聚焦光的所有分量（包括传播波和倏逝波）的透镜，可以被视为限制情况，其中相应的共轭超材料接近具有负折射率的左手超材料的特性。
2015-10-29 physics.optics
Photonic band-gap engineering for volume plasmon polaritons in multiscale multilayer hyperbolic metamaterials
本文从理论上研究了大波矢波（体等离子体激元）在具有两层结构的多层双曲型超材料中的传播。我们表明，当一个亚波长的金属-电介质多层（“子结构”）的参数调制（“超结构”）在一个更大的波长尺度上，所产生的多尺度双曲型超材料中的体等离子体激元的传播受到光子带隙现象。通过改变超结构的几何形状，可以对这种等离子体激元进行很大程度的控制。当这种几何形状是周期性的时，由于布拉格反射而在体等离子体带内形成阻带。当在另外的周期性超结构中引入腔层时，法布里-珀罗性质的共振峰存在于阻带内。更复杂的上部结构的几何形状也被认为是。例如，分形Cantor类多尺度超材料被发现在体积等离子体带中表现出特征性的自相似光谱特征。多尺度双曲型超材料被证明是一个有前途的平台，大波矢体等离子体波，无论是被认为是作为一种新的信息载体或远场亚波长成像。
2014-04-17 physics.optics
Tunable Hyperbolic Metamaterials Based on Self-Assembled Carbon Nanotubes
我们发现，包装，水平排列的单壁碳纳米管薄膜是双曲超材料与超亚波长单位细胞和动态可调谐性。利用米勒矩阵椭圆偏振仪，我们表征了薄膜的掺杂水平相关的光学性质，并发现了一个宽带双曲区在中红外可调。为了表征面内双曲等离子体激元模式的色散，我们将纳米管膜蚀刻成相对于纳米管轴具有不同宽度和取向的纳米带，并且我们观察到双曲模式支持强光局部化。使用椭圆偏振数据的实验和理论模型之间的协议表明，包装的碳纳米管在纳米尺度上支持体各向异性响应。碳纳米管的自组装膜非常适合于热发射和光电探测中的应用，并且它们可以作为研究深亚波长区域中光-物质相互作用的模型系统。
2019-03-26 physics.app-ph physics.optics
Nonlocal Optics of Plasmonic Nanowire Metamaterials
我们提出了一个分析描述的非局部光学响应的等离子体纳米线超材料，使负折射，亚波长光操纵，和发射寿命工程。我们表明，在纳米线介质中传播的光波的色散的结果从横向和纵向电磁模式的耦合支持的复合材料，并推导出这种色散的非局部有效介质近似。我们推导出的轮廓的电场的单位细胞，并使用这些表达式来解决长期存在的问题的附加边界条件的计算波的透射和反射的非局部纳米线介质。我们验证我们的分析结果与数值解麦克斯韦方程组和讨论推广的发展形式主义其他单轴超材料。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Space-Time Wave Localisation in Systems of Subwavelength Resonators
本文研究时间调制高对比度亚波长谐振器超材料，通过电容矩阵近似和广义电容矩阵表征局域模式，并用数值实验首次证实受扰结构中的时空波局域化。
2025-01-10 cs.NA math-ph math.AP
Domino plasmons for subwavelength terahertz circuitry
提出了一种新的太赫兹电磁场时空调制方法。波导元件基于等离子体和超材料概念，并且由从金属表面突出的金属盒形元件的易于制造的周期性链组成。结果表明，相应的电磁模式的色散关系是相当不敏感的波导宽度，保持紧密的限制和合理的吸收损耗，即使当波导的横向尺寸是在亚波长制度。这一特性使关键器件（如锥形和功率分配器）的实现变得简单。此外，定向耦合器，波导弯曲，和环形谐振器的特点，展示了所提出的概念的灵活性和太赫兹应用的前景，需要高集成度。
2009-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Transmission properties of time-dependent one-dimensional metamaterials
本文精确求解了一维高对比度谐振器中亚波长波动方程，提出电容矩阵近似方法准确高效地计算准频率，并证明了时间调制对简并点、带隙和k-隙形成的影响。
2023-05-31 math-ph math.AP math.MP
Plasmonic Light Trapping in an Ultrathin Photovoltaic Layer with Film-Coupled Metamaterial Structures
数值研究了一种薄膜耦合超材料结构，用于增强晶体砷化镓（GaAs）光伏层的光吸收。顶部的亚波长凹面光栅和底部的金属薄膜不仅可以有效地捕获光的波干涉和磁共振效应激发以上的带隙，但实际上也作为光子产生的电荷收集的电接触。在膜耦合超材料结构中，由有源层吸收的能量大大增强，导致短路电流密度在相同厚度下比独立GaAs层显著增强三倍。研究结果将有助于开发成本更低、效率更高的下一代太阳能电池。
2015-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Surface Bloch waves in metamaterial and metal-dielectric superlattices
本文研究了电磁布洛赫波在由异向介质层和介质层交替形成的半无限周期结构中的性质。我们推导并分析了色散关系的TE和TM偏振的表面布洛赫模式的长波长限制，磁超材料与负折射和金属-介电等离子体超晶格。我们发现，在亚波长范围内的体模的特点是由三个不同的折射率（“三折射率”），而表面模式可以传播平行于布洛赫波矢，并沿超晶格和半无限电介质之间的界面。
2009-06-02 physics.optics
A spatially shifted beam approach to subwavelength focusing
虽然负折射率超材料已经成功地实现了亚波长聚焦，但图像分辨率受到损耗的限制。在这封信中，提出了一种金属传输屏幕与亚波长间隔槽，重点是近场超过衍射极限，而且，很容易缩放从微波频率的光学制度。一个分析模型的基础上叠加的移动光束图案的开发，同意非常好的全波模拟，并证实了在微波频率的实验结果。
2008-09-25 physics.optics
Acoustically tuneable optical transmission through a subwavelength hole with a bubble
在亚波长大小的体积中有效地操纵光和声对于光子学、声子学和生物物理学中的应用是重要的，但仍然是难以捉摸的。我们从理论上证明了在亚波长，300 nm宽的充满水的孔与100 nm半径的气泡与MHz范围的超声波的光的控制。超声波驱动的气泡脉动调制孔孔径的有效折射率，这引起通过孔的光传输的光谱调谐。这种控制机制为可调谐声光和光机械超材料以及全光学超声转换开辟了新的机会。
2016-10-15 cond-mat.other physics.bio-ph physics.flu-dyn
Resonant Transmission of Electromagnetic Fields through Subwavelength Zero-$ε$ Slits
我们从理论上研究了电磁辐射通过具有零- $ε$超材料狭缝的金属板的传输，其中介电常数在给定的带宽上趋于零。我们的分析结果表明，透射系数可以是大量的狭缝的几何形状，包括许多波长长的亚波长宽度的广泛范围内。这种新颖的谐振效应具有与在具有深通道的导体中观察到的法布里-珀罗谐振完全不同的特征。我们进一步揭示，这些高阻抗超窄零- $ε$通道可以有显着{ \it更大}的传输相比，没有跨它们的波阻抗差异的狭缝。
2008-08-12 cond-mat.other physics.optics
Exotic leaky wave radiation from anisotropic epsilon near zero metamaterials
研究了双轴亚波长超材料的电磁波发射。对于可调各向异性结构，表现出沿给定的轴消失的介电响应，我们发现显着的变化与泄漏波辐射的发射能量的发射角。我们写封闭形式的能量传输速度和相应的辐射角$ϕ$的表达式，定义的辐射发射锥，都作为频率的函数，材料和几何参数。全波模拟证实了在这些结构中可以实现的广泛的方向性。
2011-05-04 physics.optics
Extremely broadband topological surface states in a photonic topological metamaterials
超材料是一种由亚波长单胞组成的人工工程材料，以其优异的光学性能在光操控领域显示出巨大的潜力。特别是，具有拓扑保护表面状态的拓扑超材料能够实现对光的极其鲁棒的控制。在这里，我们展示了双螺旋结构的光子拓扑超材料中的极端宽带拓扑相位。特别是拓扑表面状态观察到的所有频率低于一定的截止，起源于一个双外尔点在零频率。光子拓扑超材料的极端带宽和鲁棒性对于诸如单向波导和光子集成系统的实际应用是有益的，但在设计和制造中也是有利的，因为唯一的必要条件是满足有效的双曲和手征性质，而不需要严格的周期性排列。
2019-01-06 physics.optics
Theory of fishnet negative-index optical metamaterials
我们从理论上研究了渔网超材料在光频。在早期的作品相比，我们提供了一个微观的描述，通过跟踪的横向和纵向流动的能量通过交叉的亚波长等离子体激元波导组成的渔网网格。分析是由一个半解析模型的基础上表面等离子体耦合模方程，它提供了准确的公式渔网折射率，包括实负和虚部。该模型简单地解释了表面等离子体激元如何在波导交叉点处耦合，并在光频下对渔网负折射率范例进行了新的解释。扩展的理论与增益介质的损耗补偿的异向介质。
2011-05-17 physics.optics
Experimental and numerical studies of terahertz surface waves on a thin metamaterial film
我们提出了实验和数值研究的本地太赫兹表面波的亚波长厚的超材料膜组成的面内开口环谐振器。导出了一个简单直观的模型，该模型描述了表面波在填充有类洛伦兹介质的波导中的传播。有效介质模型允许推导出的色散关系的表面波在良好的协议从3-D全波计算得到的数值数据。分析模型和数值计算的准确性证实了光谱太赫兹时域测量。
2009-12-04 physics.optics
Photonic Hyper-Crystals
介绍了一种新的人工光学介质-光子超晶体。这种介电常数在亚波长尺度上具有周期性空间变化的双曲型超材料，结合了光学超材料和光子晶体的特点。特别地，由超晶体支持的表面波具有光子晶体中的光学Tamm态和金属-电介质界面处的表面等离子体激元的性质。
2014-02-04 physics.optics
Second-Harmonic Generation of Spoof Surface Plasmon Polaritons Using Nonlinear Plasmonic Metamaterials
二次谐波产生是非线性效应的重要应用之一，在过去的几十年里引起了非线性光学和微波领域的极大兴趣。然而，据我们所知，产生表面等离子体激元（SPPs）的二次谐波还没有报道。在这里，我们提出了在微波频率下使用亚波长尺度的非线性有源器件集成在专门设计的等离子体波导，这是由两个双波纹金属条印刷在一个薄的介质板的顶部和底部表面反对称的高效率的欺骗SPP的二次谐波。我们发现，等离子体激元波导支持具有强亚波长效应的欺骗SPP的宽带传输，其色散特性可以通过改变几何参数来控制。通过将半导体材料制成的非线性器件加载到两个等离子体激元波导的交叉点上，实验证明了在宽频带内产生二次谐波等离子体激元的有效性.所提出的二次谐波发生器可以直接用作SPP倍频器，并且所提出的方法可以扩展到实现高次谐波和产生SPP混频器，这是SPP集成电路和系统所必需的。
2015-05-13 physics.optics
Time-reversing a monochromatic subwavelength optical focus by optical phase conjugation of multiply-scattered light
由于其时间反转性质，光学相位共轭产生单色光波，该波折回其传播路径。在这里，我们展示了再生的亚波长光学焦点的相位共轭。来自亚波长光源的单色光被随机纳米颗粒散射，并且通过使用空间光调制器将其波前耦合到单模光学反射器中，散射光在远场区域处相位共轭。然后，共轭光束折回其传播路径，并在源上形成亚波长尺度的重聚焦。这是第一次直接实验实现的亚波长聚焦超过衍射极限与远场时间反转在光域。
2016-06-28 physics.optics
Fundamental guided electromagnetic dispersion characteristics in lossless dispersive metamaterial clad circular air hole waveguides
研究了无损色散异向介质包层圆形空气孔波导的基本导频电磁色散特性。发现存在两种工作导模：分别支持快波和慢波的圆波导和表面等离子体激元模式。混合模式分类也作出了经验的方式，使导模可以被分类到TM类或TE类模式在其独特的色散特性。不寻常的色散特性，包括多值传播常数在一个单一的频率，后向波，和亚波长的引导传播，观察和讨论有关的空气孔半径和介电常数和磁常数的超材料包层。还包括与其他电介质，等离子体激元和超材料波导的非凡的色散特性进行比较的讨论。
2009-02-21 physics.optics
Design of Optical Metamaterial Mirror with Metallic Nanoparticles for Broadband Light Absorption in Graphene Optoelectronic Devices
一般的金属镜（即，平坦的金属表面）已经是一种流行的光学元件，其可以对薄膜光电子器件贡献宽带光吸收;然而，这种具有反射相位反转的电反射镜不可避免地导致在反射镜表面附近最小化电场的问题（在距离反射镜的四分之一波长处最大化电场）。当深亚波长尺度的二维（2D）材料（例如，石墨烯和二硫化钼）作为有源沟道层实施到光电子器件中。这项工作的目的是构思使用浮栅石墨烯光电探测器的电荷存储层（嵌入电介质基质中的球形Au纳米颗粒（AuNP））作为磁镜的想法，这使得该设备能够利用宽带光吸收的增加。特别地，我们系统地检查了球形AuNP单层在介电基质内的多功能组装（即，光学超材料反射镜），其应该被设计为放置在用于浮栅器件的石墨烯沟道层的正下方，实际上可以被视为有效的磁反射镜。除了能够增强宽带光吸收之外，得益于化学合成的最新进展，对AuNP的各种结构基序的通用访问为光学超材料镜的复杂工程提供了令人信服的机会。AuNP组装与光刻相关程序的高度可操作性可以使该策略广泛适用于各种薄膜光电子器件。因此，我们的研究表明，在推进深亚波长尺度的光电子器件内的光-物质相互作用的合理工程的反射镜的设计的优势。
2015-03-31 physics.optics
Plasmon Injection to Compensate and Control Losses in Negative Index Metamaterials
超材料引入了一个全新的不寻常材料世界，其功能无法通过在亚波长尺度上模仿和控制自然现象而在自然发生的材料系统中获得。然而，固有的吸收损耗对超材料最吸引人的应用提出了根本性的挑战。基于一种新的等离子体激元注入方案，我们提出了一种补偿超材料损耗的相干光放大技术。虽然这里的概念验证设备仅在法向入射下工作，但我们提出的方案可以推广到任意形式的入射波。这种光放大方案与主要的光放大方案有根本的不同。它不需要增益介质，与声子的相互作用，或任何非线性介质。该方案允许无损耗的超材料。它非常适合减轻在可见光谱中工作的超材料的损耗，并且可扩展到其他光学频率。这些发现开启了从零开始制造“神奇”超材料的早期梦想的可能性。
2015-06-20 physics.optics
Magnetic levitation of metamaterial bodies enhanced with magnetostatic surface resonances
我们提出，由负磁导率超材料构建的宏观物体可能会在低频磁场中经历共振增强的磁力。时间平均力的共振增强源自静磁表面共振（MSR），其类似于负介电常数粒子的静电共振，在光学中众所周知为表面等离子体共振。我们推广的经典问题的MSR的均匀对象，包括各向异性的超材料，并考虑最极端的情况下，各向异性的磁导率是负的，但在其他方向上的积极。它示出，深亚波长的对象，这种不确定的（双曲线）介质表现出明显的磁偶极共振，强烈耦合到均匀或弱不均匀的磁场，并提供强大的增强的磁力，使应用程序，如增强磁悬浮。
2012-03-26 physics.optics
One-Atom-Thick IR Metamaterials and Transformation Optics Using Graphene
在这里，我们从理论上表明，通过设计和操纵空间不均匀的，非均匀的导电性图案在一个单一的石墨烯薄片，这种单原子层材料可以作为一个“一个原子厚”的平台，红外超材料和转换光学设备。已知通过使用栅极电场和/或磁场改变化学势，可以改变THz和IR频率中的石墨烯电导率。这种多功能性提供了一种可能性，即石墨烯单片上的不同“补丁”具有不同的电导率，这表明了一种构建“单原子厚”IR超材料和转换光学结构的机制。我们的计算机模拟结果为设想众多的红外光子功能和超材料概念铺平了道路-所有这些都在“一个原子厚”的平台上-我们在这里列出了一些：边缘波导、引导光的弯曲带状路径、光子分离器和组合器、作为“平坦”超材料的构建块的“单原子厚”IR散射元件、作为平坦超透镜的薄带，和“一个原子厚”的亚波长红外透镜作为傅立叶和变换光学的工具。
2011-01-18 physics.optics
Optical isolation induced by subwavelength spinning particle via spin-orbit interaction
光隔离使光的非互易操纵在光通信中具有广泛的应用。旋转结构光隔离由于其无磁特性和前所未有的性能而受到广泛关注。传统的基于旋转的光学隔离依赖于使用笨重的腔，阻碍了亚波长光子学的应用。在这里，我们提出了一种新的光学隔离机制，通过整合独特的双曲型超材料的色散与横向自旋轨道相互作用的倏逝波。我们发现，亚波长双曲纳米粒子的旋转打破了时间反演对称性，并产生两个共振手性模式，选择性地耦合到波导模式的横向自旋。值得注意的是，横向自旋轨道相互作用可以引起单向耦合和$>95\%$隔离的红外线在实验上可行的转速。我们的工作融合了光学隔离和光子自旋轨道相互作用这两个重要领域，导致无磁但紧凑的非互易器件在光通信，手性量子光学和拓扑光子学中的新应用。
2021-03-11 physics.optics
Control of the local photonic density of states above magneto-optical metamaterials
本文研究外磁场作用下磁光超材料附近的局域光子态密度，证明通过改变磁场取向或大小可在窄或宽光谱范围内高效调控 LDOS，为深亚波长尺度主动控制光子态密度提供途径。
2024-05-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Diffraction-free subwavelength-beam optics
衍射是光传播的基本性质。由于这一现象，光通过亚波长狭缝时会向各个方向衍射，这就对光束在离孔径一定距离处的横向尺寸施加了基本限制。我们表明，一个亚波长大小的光束传播没有衍射展宽可以产生在自由空间中的建设性干涉各自的高折射率波导的菲涅耳源的多个光束。此外，它表明，这样的源不仅可以构造为连续波，但也为超短（近单周期）脉冲。结果从理论上证明了无衍射亚波长束流光学的可行性。该方法将近场亚波长束流光学（例如近场扫描光学显微镜和光谱学）的操作扩展到“不太远”的场区（0.5至约10个波长）。
2003-09-17 physics.optics
Broadband three-mode converter and multiplexer based on cascaded symmetric Y-junctions and subwavelength engineered MMI and phase shifters
本文提出一种基于多模干涉耦合器、无源移相器和级联对称Y结的三模架构，利用亚波长光栅超材料克服带宽限制，实现了161 nm带宽且低损耗低串扰的片上模式转换与复用。
2023-01-27 physics.optics
Graphene supports the propagation of subwavelength optical solitons
我们从理论上研究了光在石墨烯单层中的非线性传播。我们发现，石墨烯在光学频率下的大的固有非线性使得能够形成准一维自导光束（空间孤子），其特征在于在中等电场峰值强度下的亚波长宽度。我们还证明了一类新的非线性自限模的表面等离子体激元与石墨烯光孤子的杂交。
2012-09-27 physics.optics
High symmetry versus optical isotropy of a negative index metamaterial
光学各向同性超材料是实现亚波长成像系统所必需的材料。乍一看，人们会认为它们的设计应该基于表现出立方对称性的晶胞，立方对称性是最高的晶体对称性。预期这是一个充分条件，因为通常假设光不能解析MM的空间细节，但经历有效介质的性质，然后是光学各向同性的。在这项工作中，我们挑战这个假设，通过分析分解立方体在骨架（SCIC）负折射率MM的色散关系的等距面。我们表明，这个MM基本上是光学各向同性的，但不是在光谱域中，它表现出负折射。这方面的贡献的主要目标是介绍一种工具，允许探测的MM对光学各向同性。
2010-01-31 physics.optics
