Metamaterials with conformational nonlinearity
在十年的丰硕成果的发展，超材料成为一个突出的研究领域，桥梁理论和应用电动力学，电气工程和材料科学。作为人造结构，超材料为开发新的跨学科概念提供了一个特别有用的平台。在这里，我们展示了一种新的原理，在超材料组装集成电磁，机械和热响应的元素。通过这些机制，超分子的构象发生变化，为非线性提供了双重机制，并提供了非线性手性。我们的提议为非线性超材料和光子结构的进一步发展开辟了广阔的道路，为其设计和控制增加了额外的灵活性。
2011-08-25 physics.optics
Magnetoelastic nonlinear metamaterials
介绍了电磁特性依赖于弹性形变的磁弹性超材料的概念。我们预测了这种超材料的强非线性和非线性响应所造成的结构重塑响应于所施加的电磁场。此外，我们证明了实验的预测效果的可行性。
2011-06-04 physics.optics
Compact electric-LC resonators for metamaterials
本文提出了电LC（ELC）谐振器的替代设计，这是一种超材料夹杂物。在谐振器上安装叉指电容器（IDC）有助于增加结构的总电容。实际上，其谐振频率向下移动。这意味着相对于其工作波长减小的整体谐振器尺寸。因此，由IDC加载的ELC谐振器阵列及其集体电磁响应组成的超材料具有改善的均匀性，因此受单个细胞的衍射效应的影响较小。将IDC纳入ELC谐振器在谐振时的电气尺寸和其他相关属性的影响进行了研究，通过仿真和实验。
2010-09-01 physics.optics
Observation of Brewster's effect for transverse-electric electromagnetic waves in metamaterials: Experiment and theory
我们在实验上实现了用超材料产生横电磁波的布儒斯特效应。在电介质中，布鲁斯特无反射效应只出现在横磁波中。然而，理论上预测，在相对磁导率r不等于1的条件下，TE波会出现布鲁斯特效应。我们利用时域有限差分法设计了一个μ r为1的开口环谐振器阵列作为超材料。在3 GHz区域进行反射测量，并确认了在特定入射角下反射波的消失。
2006-05-19 physics.optics
Retrieval of all effective susceptibilities in nonlinear metamaterials
电磁超材料为设计和放大材料的非线性响应提供了一个很好的途径。它们的电、磁和磁电线性和非线性响应与它们的结构有关，为控制这些特性提供了前所未有的自由。超材料的线性和非线性性质都是典型的各向异性。虽然恢复有效线性特性的方法已经建立，但现有的非线性恢复方法存在严重的局限性。在目前的工作中，我们概括了一个非线性传输矩阵的方法来解释所有的非线性极化率项，并展示了如何使用这种方法来检索所有有效的非线性极化率的超材料元件。该方法使用和频生成来演示，但可以应用于其他二阶或更高阶过程。
2017-12-13 physics.optics
Coherent excitation-selective spectroscopy in planar metamaterials
在具有电偶极和磁偶极共振的超材料的原理验证实验中，我们证明了通过沿着驻波定位超材料，可以分别关闭和打开电和磁共振，而这两种共振都存在于行波谱中。
2013-12-02 physics.optics
Discontinuous design of negative index metamaterials based on mode hybridization
电感器-电容器（ELC）谐振器提供一系列电谐振，并且一对ELC谐振器导致每个谐振分成两个模式，即，磁和电模式，对应于反对称和对称电流分布。通过对ELC谐振器的精心设计，我们可以通过将第一电共振模式和第二磁共振模式重叠的模式混合来实现负折射率超材料。这种非连接设计可以提供实现三维负折射率超材料的机会。
2012-09-25 physics.optics
Tunable transmission and harmonic generation in nonlinear metamaterials
研究了一种工作在微波频率下的可调谐非线性超材料的特性。我们制作了由双开口环谐振器和导线组成的非线性超材料，其中变容二极管被引入到每个谐振器中，以便可以通过改变输入功率来动态地调谐磁共振。我们表明，在较高的功率的超材料的传输变得依赖于功率，我们证明实验功率依赖的传输特性和选择性产生的高次谐波。
2008-10-27 physics.optics
Nano-optomechanical Nonlinear Dielectric Metamaterials
通过利用纳米结构硅膜中局部电磁模式的谐振性质，全介电超材料可以在光通信波长处充当非线性介质。我们表明，这种超材料提供了极大的光学机械非线性，工作在每单位单元只有几μW的强度和高达152 MHz的调制频率，从而提供了一条快速，紧凑和节能的全光学元器件的路径。
2015-11-18 physics.optics
Second-harmonic generation in nonlinear left-handed metamaterials
本文研究了具有二次非线性响应的左手异向介质中的二次谐波。我们证明了一种新型的精确相位匹配之间的向后传播的波的基频和向前传播的波的二次谐波。我们表明，这种新的参数过程可以转换成一个有效的反射镜完全反射由入射波产生的二次谐波的左手超材料的表面。推导并分析了半无限非线性异向介质的耦合模方程。我们还数值研究了有限厚度的超材料板的二次谐波产生，并揭示了多稳态非线性效应的存在。
2005-06-10 physics.optics
Multipole nonlinearity of metamaterials
我们报道了由一阶和二阶多极子引起的超材料的线性和非线性光学响应。我们的方法所依据的分析基础允许对超材料功能的新见解。为了清楚起见，我们在这里集中在一个关键的几何形状，即开口环谐振器，虽然介绍的形式主义可以适用于任意结构。我们推导出描述线性和非线性光传播的方程，特别强调二次谐波产生。这一贡献的基本目的是拉伸通用的和现有的概念来描述光在非线性介质中的传播向超材料领域。
2009-09-02 physics.optics
Spatial solitons in nonlinear left-handed metamaterials
我们预测，非线性左手材料可以支持TE和TM偏振的自陷局域光束，空间电磁孤子。这种孤子表现为对称或反对称的单峰和多峰光束，它们的存在是由于磁非线性和负磁导率的有效区域。
2004-05-07 physics.optics
Nonlinear terahertz devices utilizing semiconducting plasmonic metamaterials
响应性超材料的发展使得能够实现能够操纵光的振幅、偏振、波矢量和频率的紧凑可调谐光子器件。将半导体集成到金属谐振器的有源区中是通过半导体载流子密度的光电控制来创建非线性超材料的经验证的方法。无金属亚波长谐振半导体结构提供了一种替代方法来创建动态超材料。我们目前的InAs等离子体磁盘阵列作为一个可行的共振超材料在太赫兹频率。重要的是，InAs等离子体激元盘表现出由电场诱导的谷间散射引起的强非线性响应，导致载流子迁移率降低，从而抑制等离子体激元响应。我们展示了非线性完美的吸收器配置为光学限制器或饱和吸收器，包括灵活的非线性吸收器通过将磁盘转移到聚酰亚胺薄膜。非线性等离子体超材料显示出在超快THz光学和敏感电磁器件的被动保护方面的潜力。
2015-08-13 physics.optics
Second-Harmonic Generation and Spectrum Modulation by Active Nonlinear Metamaterial
实验研究了由双层金属图案和电压可控二极管组成的超材料样品的非线性特性。在较宽的微波频率范围内观察到明显的二次谐波和频谱调制，表明这种材料不仅在低直流偏压下可调谐，而且在小功率入射下表现出较强的非线性特性。这些特性很难在正常的天然材料中找到。
2009-02-01 physics.optics
Negative refractive index induced by percolation in disordered metamaterials
提出了一种适用于含有空间随机分布介质球的无序异向介质的有效介质模型。与有序超材料的有效介质模型类似，该模型预测了球体中由电偶极和磁偶极米氏共振引起的有效磁导率和介电常数的共振。此外，该模型预测的红移的电共振粒子负载的增加。有趣的是，当粒子负载超过33%的逾渗阈值时，模型预测电共振与磁共振重叠，导致负折射率。
2017-03-08 physics.optics
Thermally Induced Nonlinear Optical Absorption in Metamaterial Perfect Absorbers
采用激光干涉光刻和剥离工艺制备了一种由Al/ZnS/Al三层金属-介质-金属系统和顶部的铝纳米片组成的超材料理想吸收体。超材料吸收体在1090 nm处具有峰值共振吸收，并且对1064 nm波长处的600 ps激光脉冲表现出非线性吸收。反射率的非线性饱和被测量为依赖于入射的平均激光功率而不是峰值激光强度。的非线性行为所示，由于铝的介电性能的吸收辐射和光热变化的加热。超材料吸收体被认为在25 MW/cm 2的大激光强度下具有抗损伤性。
2015-01-02 physics.optics
Realizability of metamaterials with prescribed electric permittivity and magnetic permeability tensors
我们发现，任何一对实对称张量$\BGve$和$\BGm$可以实现为在给定的固定频率的超材料的有效介电常数和有效磁导率。该结构从两种极低损耗的超材料开始，具有任意小的微结构，其存在由Bouchitt{é}和Bourel以及Bouchitté和Schweizer的工作确保，一种在给定频率下具有恰好一个负特征值的介电常数张量和正磁导率张量，另一种具有正介电常数张量和恰好一个负特征值的磁导率张量。为了实现所需的有效特性，这些材料被层压在一个分层的多级层压结构，具有广泛分离的长度尺度，和不同的层压方向，但最大的长度尺度仍然远远短于波长和衰减长度在宏观有效介质。
2010-01-15 physics.optics
Nonlinear coupled-mode theory for periodic plasmonic waveguides and metamaterials with loss and gain
我们推导了描述介质中电磁模式非线性相互作用的一般耦合模方程。我们的方法是严格的洛伦兹互易定理的基础上，它可以应用到广泛的金属介质光子结构，包括等离子体波导和超材料。我们验证了我们的一般结果与以前的分析的特定情况下，和预测的多层非线性渔网超材料的自和交叉相位调制的新效果。
2014-01-30 physics.optics
Phase Conjugation and Negative Refraction Using Nonlinear Active Metamaterials
我们目前的实验演示相位共轭使用非线性超材料元件。从理论上证明了加载变容二极管的有源开口环谐振器在参数泵浦和适当频率照射时可以作为相位共轭或时间反转的离散元件。超材料元件的制造和实验表明，产生一个时间反转的信号。测量证实，相位共轭元件的离散阵列作为一个负折射的时间反转RF透镜只有0.12 $λ$厚。
2010-08-11 physics.optics
Linear and Nonlinear Fano Resonance on two-dimensional Magnetic Metamaterials
我们证明了线性和非线性Fano共振都可以在二维磁性超材料上实现。Fano共振来自局域磁等离子体共振和传播的表面等离子体激元之间的干涉。当研究超材料结构的线性光学响应时，在椭圆偏振光谱中观察到这种干涉现象。通过对磁性超材料器件的几何参数进行微调，将非线性Fano响应调谐到飞秒泵浦激光的近红外波长（1.61-1.8 μm），发现了三次谐波的Fano型调制，并与我们的理论模型相吻合。
2012-01-05 physics.optics
Electromagnetic wave diffraction by periodic planar metamaterials with nonlinear constituents
我们提出了一个理论，它解释了如何实现一个增强的非线性效应，在一个薄层的非线性介质，涉及一个平面周期性结构专门设计承担陷波模式共振制度。特别地，示出了非线性薄超材料在相对低的输入强度下由于陷波模式谐振的大品质因数而产生超材料响应的可能性。此外，一个简单的设计，全介质低损耗硅基平面超材料，可以提供一个非常尖锐的谐振反射和传输。所设计的超材料被设想用于与泵浦的活性介质聚集，以实现量子点发光的增强，并产生“激光痉挛器”的全电介质模拟物。
2014-11-09 physics.optics
Electronic Metamaterials with Tunable Second-order Optical Nonlinearities
设计具有可调非线性光学特性的超材料的能力对于非线性光学是至关重要的。传统上，金属已被用来增强非线性光学相互作用，通过场局域化。在这里，受材料的电子特性的启发，我们介绍并实验证明了一种非对称金属-半导体-金属（MSM）超材料，该材料具有大的且电子可调的有效二阶光学极化率（\c{hi}（2））。诱导的\c{hi}（2）源自半导体（\c{hi}（3））的三阶光学极化率与工程内部电场之间的相互作用，所述工程内部电场由在其界面处具有不同功函数的两种金属产生。我们证明了MSM超材料的二次谐波强度是其成分的五倍，其电可调非线性系数范围为2.8至15.6 pm/V。
2017-04-21 physics.optics
Giant nonlinearity of carbon nanotubes in a photonic metamaterial
超材料，人工介质结构上的亚波长尺度提供了一个丰富的范例，开发独特的光子功能，从负折射率和方向不对称传输慢光。在这里，我们证明了碳纳米管与光子超材料的组合提供了一个新的范例，为非线性介质的发展具有非常强的超快非线性响应在光子应用中非常宝贵。它是由弱辐射Fano型共振等离子体激元模式和单壁半导体碳纳米管的激子响应之间的强耦合支撑的。使用“组合”的方法来发现材料，我们表明，这样的复合系统的光学响应可以定制和优化的超材料设计。
2009-12-03 physics.optics
Optical hollow-core waves in nonlinear Epsilon-Near-Zero metamaterials
我们研究了无衍射空芯非线性光波在一个分层的纳米尺度金属-介质结构中的传播，该结构的特征在于具有非常小的平均线性介电常数（非线性ε-近零超材料）。我们分析表明，空芯波有一个功率流完全消失在一个中心区域，并表现出一个尖锐的倾斜轮廓周围的核心区域的边缘。在物理上，在核心区域的功率流的情况下是由于电位移场的横向分量的消失，可以通过非线性和线性介电贡献之间的完全补偿来满足的条件。
2010-09-23 physics.optics
Generation, amplification, frequency conversion and reversal of propagation of THz photons in nonlinear hyperbolic metamaterial
提出了一种超材料，它支持三个或更多的正常和反向电磁模式的混合物，具有相等的同向相速度和相互反向的能量通量。这使得非凡的三波混频，大大增强了光学参量放大和频率变化的纠缠光子在反射方向的产生。基于波导THz波在碳纳米管超材料中反向传播的具体例子，对这一过程进行了原理验证数值模拟。
2017-09-18 physics.optics
Optical Field Enhancement in Nanoscale Slot Waveguides of Hyperbolic Metamaterials
提出并论证了双曲型超材料纳米缝隙波导实现大的光场增强。通过数值计算和解析方法分析了双曲型超材料中空气缝隙内增强电场与波导模式耦合和介电常数张量的关系。超材料缝隙波导中的光强度可以比常规硅缝隙波导中的光强度强25倍以上，这是由于双曲超材料中支持的双折射率所实现的紧密光模式限制。用实际的金属-介质多层波导结构验证了电场增强效应。
2012-04-19 physics.optics
Tunable split-ring resonators for nonlinear negative-index metamaterials
我们实验研究了含有可变电容二极管的开口环谐振器的动态可调谐性和自感非线性。我们证明了谐振器的本征频率可以在很宽的频率范围内进行调谐，并且显著地，我们表明在变容二极管加载的开口环谐振器结构中观察到的自感非线性效应可以出现在相对低的功率水平。
2006-08-04 physics.optics
Merging Nonlinear Optics and Negative-Index Metamaterials
综述了双畴正/负折射率异向介质中非线性光传输过程的特殊性质。这些过程包括二次谐波产生、三波和四波混频以及光学参量放大。与普通材料中的对应物的性质形成鲜明对比。我们还讨论了补偿等离子体超材料固有的强损耗的可能性，这在许多令人兴奋的应用中是一个主要障碍，以及创建独特的超紧凑光子器件，如数据处理芯片和非线性光学传感器的可能性。最后，我们提出了基于负色散光学声子的晶体中类似的非寻常三波混频过程。
2011-08-03 physics.optics
Generalized Short Pulse Equation for Propagation of Few-Cycle Pulses in Metamaterials
我们表明，超短脉冲（几个周期）在非线性Drude超材料与电和磁克尔非线性的传播描述耦合广义短脉冲方程。所得到的方程系统概括的情况下，超材料的短脉冲方程和它的矢量概括描述的几个周期的脉冲在介质光纤超出缓慢变化的包络近似导致非线性薛定谔方程。
2015-12-31 physics.optics
Tunable THz generation and enhanced nonlinear effects with active and passive graphene hyperbolic metamaterials
由于石墨烯与入射光之间的弱光物质相互作用，石墨烯的活性和非线性性质受到限制。在这项工作中，我们提出了增强的非线性效应在低太赫兹（THz）范围内通过设计一种新的图案化石墨烯双曲超材料（GHMM）。更具体地说，它表明，三次谐波产生（THG）可以显着增强所提出的GHMM由于在共振场的增强，以及支持慢光响应，促进强轻物质相互作用。
2020-03-03 physics.optics
Broadband mode conversion via gradient index metamaterials
提出了一种基于梯度折射率超材料的宽带波导模式转换器设计。数值模拟表明，在宽频带内，零阶横磁模或一阶横电模（TM 0/TE 1）可以转换为一阶横磁模或二阶横电模（TM 1/TE 2）。作为一个应用，通过在GIM波导中集成零折射率材料实现了非对称传输。
2015-12-08 physics.optics
Structurally Tunable Nonlinear Terahertz Metamaterials using Broadside Coupled Split Ring Resonators
我们提出了一个实验和数值研究的太赫兹超材料的非线性响应，是通过两个堆叠的开口环谐振器阵列的相对结构定位可控。第一阵列制造在n掺杂GaAs衬底上，第二阵列制造在第一阵列垂直上方，使用聚酰亚胺间隔层。由于GaAs载流子动力学，在0.4太赫兹的共振太赫兹传输与入射太赫兹功率以非线性方式变化。第二谐振器层抑制这种非线性响应。在样品中的两个层对齐，共振消失和总的非线性调制的共振传输减少。在两个谐振器阵列之间施加对准偏移的样品中恢复非线性调制。因此，结构可调的超材料可以作为一个可调的非线性太赫兹器件的设计模板，通过控制耦合的限制电场的非线性现象在一个复杂的材料衬底或夹杂物。
2021-04-12 physics.optics
Localization of electric field distribution in graded core-shell metamaterials
研究了均匀光场照射下核壳结构圆柱形超材料中的局部电场分布。该结构由一个均匀的电介质核心，梯度金属-电介质超材料的外壳，嵌入在一个均匀的矩阵。在准静态极限下，超材料的介电常数由梯度Drude模型给出。局部电势和由此产生的电场已被精确地和解析地导出为超几何函数。结果表明，通过改变光场的频率和梯度分布的参数，可以将圆柱壳内的电场峰值限制在所需的位置。因此，通过制造梯度超材料，可以在空间上控制电场分布。我们提供了一个直观的解释梯度控制的电场分布。
2009-11-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
3D nonlinear optical metamaterials from twisted 2D van der Waals interfaces
为了实现新的非线性响应，通过组织结构单元（元原子）来创建超材料，这些结构单元通常在大约100纳米的尺度上。然而，真正改变原子对称性并实现新的非线性响应需要在原子尺度上进行控制，低至几埃。在这里，我们报告的3D非线性光学超材料的发现实现了精确控制和扭曲的个人2D范德华界面。具体地，通过将伪螺旋对称性添加到多个4层WS2堆叠（例如，4层、8层等）来实现新的非线性晶体。由此产生的3D晶体的非线性极化率是从根本上不同于天然WS2。此外，我们表明，新启用的非线性的幅度增强通过控制接口的数量和激发波长。我们的研究结果提出了一种新的方法来重新设计人工原子结构中的固有非线性，从几个纳米厚的单元电池到大块材料。
2023-03-11 physics.optics
III-V semiconductor nano-resonators-a new strategy for passive, active, and nonlinear all-dielectric metamaterials
由介质谐振器组成的超材料由于其低的本征损耗和各向同性的光学响应而引起了人们的广泛关注。特别地，由硅介电谐振器制成的超颖表面已经显示出期望的行为，诸如有效的非线性光学转换、光谱滤波和先进的波前工程。为了进一步探索电介质超材料的潜力，我们提出了由外延生长的III-V族半导体制造的全电介质超材料，其可以利用III-V族半导体的高二阶光学可折射率，以及单片集成有源/增益介质的容易性。具体而言，我们使用选择性湿氧化工艺来创建GaAs纳米谐振器，该工艺形成低折射率AlGaO（n~1.6）下层，类似于使用绝缘体上硅晶片形成的硅介电谐振器。我们进一步使用相同的制造工艺来展示多层III-V介质谐振器阵列，为我们提供了新的器件工程自由度。对于这些阵列，我们在实验上测量~100%的反射率在一个广泛的光谱范围。我们设想，全介质III-V族半导体超材料将为无源、有源和非线性全介质超材料开辟新的途径
2016-05-01 physics.optics
Construction of Chiral Metamaterial with a Helix Array
本文报道了金属螺旋阵列手性超材料的设计。有效的电偶极子和磁偶极子在谐振频率处共线，所述电偶极子和磁偶极子源自入射光照射时的感应表面电流。因此，对于圆偏振入射光，实现了负折射率。我们的设计提供了一种独特的方法来调整光学性质的螺旋组装，并展示了不同的方法在探索三维手性超材料。
2011-07-25 physics.optics
Nonlinear graphene metamaterial
我们证明了石墨烯的宽带非线性光学响应可以通过与等离子体超材料的杂交共振增强超过一个数量级，同时保持~1 ps的超快非线性响应时间。在约1600 nm波长处，在约0.03 mJ/cm ^2的泵浦光下，观察到接近约1%的透射调制。这种方法允许在宽波长范围内设计和增强石墨烯的非线性，使其能够应用于光开关，锁模和脉冲整形。
2012-03-23 physics.optics
Two-peaked and flat-top perfect bright solitons in epsilon-near-zero nonlinear metamaterials: novel Kerr self-trapping mechanisms
我们分析研究横向磁（TM）空间亮孤子，麦克斯韦方程组的精确解，通过非线性超材料，其线性介电常数非常接近于零，其有效的非线性克尔参数可以定制，以实现标准材料中不可用的值。利用这一事实，在所考虑的介质中，线性和非线性偏振可以在可行的和现实的光强度相媲美，我们确定了两种新的自陷机制，能够支持双峰和平顶孤子，分别。具体而言，这两种新的机制是基于临界点的发生，在该临界点处的有效非线性介电常数消失，这两种机制的不同之处在于通过非标准值的非线性参数实现线性和非线性极化之间的补偿。
2010-11-16 physics.optics
Structural Control of Metamaterial Oscillator Strength and Electric Field Enhancement at Terahertz Frequencies
人工非线性材料的设计需要对内部共振电荷密度和局部电场分布进行控制。我们提出了一种结构可控的振荡器强度和局部电场增强太赫兹频率的MM设计。MM由一个开口环谐振器（SRR）阵列堆叠在一个阵列的非谐振封闭导电环。SRR和闭环阵列之间的半个单位单元的平面内横向移位导致MM振荡器强度降低4倍，并且SRR电容间隙中的谐振电场增强的幅度变化40%。我们使用太赫兹时域光谱和数值模拟来证实我们的结果，我们提出了一个定性的电感耦合模型来解释所观察到的电磁响应。
2014-08-08 physics.optics
Gap solitons in metamaterials
研究了非线性异向介质中带隙孤子的电磁局域化和存在性。对于自聚焦克尔非线性，具有阻带中的载波频率的电场包络的方程-其中磁导率$μ(ω)$为正，介电常数$ε(ω)$为负-由具有色散非线性项的非线性Klein-Gordon方程描述。发现了电场和磁场的一类驻波和运动局域波，讨论了非线性色散项对孤立波稳定性的影响。
2006-11-15 physics.optics
Sub-diffraction-limit Observation Realized by Nonlinear Metamaterial Lens
本文通过实验证明，在光源上覆盖一个薄的平板非线性透镜，通过测量光源在谐波频率处的近场分布或远场辐射，并计算傅里叶逆变换，获得亚波长成像，就可以实现亚衍射极限观测。特别是，由远场测量数据计算的亚波长图像显示出非常清晰的分辨率。由于包含有源元件的超材料在很弱的入射电磁功率下很容易表现出很强的非线性，因此本文提出的非线性透镜的应用在不久的将来将在提高亚波长分辨率方面具有重要潜力。
2009-05-03 physics.optics
Nonlinear interaction of two trapped-mode resonances in a bilayer fish-scale metamaterial
我们报告了一个双分子层的鱼鳞状超材料的光传输。结果表明，在高品质因数Fano型陷模共振激发频率附近可以实现全光开关。从频域和时域两个方面分析了由克尔型非线性介质平板构成的双层结构中两个近距离陷阱模共振的非线性相互作用。它表明，这两个共振不同的反应上施加的强光，导致目的地的多稳态传输。
2014-08-20 physics.optics
Transmissivity directional hysteresis of a nonlinear metamaterial slab with very small linear permittivity
我们研究了横向磁场通过亚波长厚度的非线性超材料板的传播，该材料具有非常小的负线性介电常数。我们证明了，对于一个给定的输入强度，输出强度是一个多值函数的字段入射角，使transmittance表现出角度多稳定性和一个明显的方向滞后行为。预测的方向滞后是一个事实，即线性和非线性的贡献，整体介电响应可以是可比的，使得在输出板边界的电磁匹配条件允许一个以上的字段配置内的板是兼容的传输字段的结果。
2010-04-15 physics.optics
Controlling the second-harmonic in a phase matched negative-index metamaterial
非线性超材料（NLTEMS）已被预测为支持新的和令人兴奋的领域在光的操纵，包括新的相位匹配方案的波混合。最值得注意的是所谓的非线性光学镜，其中非线性负折射率介质将产生的频率发射到泵浦源。对于第一次，我们实验证明了非线性光学镜效应的散装负折射率NLMM，以及其他两个新的相位匹配配置，利用周期性极化之间切换的三个相位匹配域。
2011-05-31 physics.optics
Interaction of orthogonal-polarized waves in 1D metamaterial with Kerr nonlinearity
对一维超材料中波的传播进行了理论研究。利用广义非线性和色散的投影算子方法，导出了考虑两个极化的电磁波的非线性演化方程组。该系统描述了具有给定偏振的相反方向的波的相互作用。克尔非线性和德鲁德色散的特殊情况下被认为是。在这样的近似中，它导致相应的非线性方程组，推广了Schäfer-Wayne方程组。在慢变化的信封的情况下，特定的解决方案被发现，绘制和分析千兆赫兹范围内。得到了正交偏振波相互作用方程组的行波解，并给出了相应的非线性色散关系的显式表达式。
2018-02-26 physics.optics
Nonlinear Metamaterials for Holography
全息图是存储相位和可能的振幅信息的光学元件，其使得能够通过相干光束的照射和散射来重建物体的三维图像，并且图像在与输入激光束相同的波长下生成。近年来，研究表明，信息可以存储在纳米天线中，从而产生纳米组件。在这里，我们展示了非线性多层超材料全息图，其中通过三次谐波产生的非线性过程，在照明光束的三次谐波的新频率下形成无背景图像。利用多层等离子体纳米天线的电子束光刻，我们制作了偏振敏感的非线性元件，如闪耀光栅，透镜和其他计算机生成的全息图。这些全息图进行了分析和未来的设备应用前景进行了讨论。
2015-12-08 physics.optics
Two-oscillator model of trapped-modes interaction in a nonlinear bilayer fish-scale metamaterial
我们讨论了两个非线性系统，即耦合Duffing振子链和双层鱼鳞超材料的谐振振荡的性质之间的相似性。在这样的系统中，出现了两种不同的共振态，它们的谱线不同。第一共振态的谱线具有洛伦兹形式，而第二共振态的谱线具有法诺形式。这种差异导致系统的特定非线性响应，其表现为谱线中的闭合回路的出现以及谐振曲线的弯曲和重叠。找出了实现双稳态和多稳态的条件。
2014-08-27 physics.optics
A highly efficient method for second and third harmonic generation from magnetic metamaterials
二次和三次谐波信号通常是通过使用非线性晶体产生的，但该方法在小厚度下效率低。超材料可以用来产生小厚度的谐波信号。在这里，我们介绍了一种新的方法来放大二次和三次谐波产生的磁性超材料。我们表明，通过使用超材料下的光栅结构，光栅和超材料形成谐振器，并放大超材料的谐振行为。因此，我们可以从这种基于超材料的非线性介质中高效地产生二次和三次谐波信号。
2016-07-27 physics.optics
Quantum metamaterials with magnetic response at optical frequencies
我们提出了新的量子天线和超材料在光频强磁响应。我们的设计是基于自然原子的排列，只有电偶极跃迁矩的距离小于光波长，但远大于其物理尺寸。特别是，我们表明，原子二聚体可以作为一个磁性天线在其反对称模式，以提高其附近的磁性跃迁的衰减率的几个数量级。此外，我们研究了由原子双层膜组成的超颖表面，并表明它们可以完全反射光的电场和磁场，从而形成近乎完美的电/磁镜。所提出的量子超材料可以用现有的最先进的技术制造，并在经典光学和量子工程中有多种应用前景。
2020-02-09 physics.optics
Colloidal superlattices for unnaturally high-index metamaterials at broadband optical frequencies
金属纳米颗粒（NP）组装的最新进展使光学领域前所未有的光物质相互作用的复杂工程成为可能。在这项工作中，我扩大了NP光学超材料的设计灵活性，将可达折射率的上限推到不自然的高制度。对NP超晶格单层的几何参数的精确控制赋予了电共振和相关有效介电常数的显著增加，远远超出了自然可达的制度。同时，有效的渗透性，实现高折射率的另一个关键因素，被有效地抑制通过减少纳米粒子的厚度。通过建立这一设计规则，我已经实现了不自然的高折射率（15.7在电谐振和7.3在准静态极限）在宽带光频率（100 THz ~ 300 THz）。我还将这种NP超材料与石墨烯结合起来，以在宽的光学频率上电气控制高折射率。
2015-07-24 physics.optics
Enhanced Nonlinear Optical Responses of Layered Epsilon-Near-Zero Metamaterials at Visible Frequencies
具有零介电常数的光学材料，称为ε近零（ENZ）材料，已经被证明在其ENZ区域具有增强的非线性光学响应。这些强非线性光学性质已经在均匀材料中牢固地建立起来;然而，目前还不清楚具有有效光学参数的超材料是否可以表现出类似的增强。在这里，我们探测由交替的Ag和SiO $_2$层的亚波长周期性堆叠组成的光学ENZ超材料，并在其有效零介电常数波长处测量非线性折射率$n_2 = (1.2 \pm 0.1) \times 10^{-12}$ m $^2$ /W和非线性吸收系数$β= (-1.5 \pm 0.2) \times 10^{-5}$ m/W。测得的$n_2$是熔融石英的$n_2$的$10^7$倍，是银的$n_2$的4倍。我们观察到，在$n_2$的非线性增强尺度为$1/(n_0 \mathrm{Re}[n_0])$，其中$n_0$是线性有效折射率。与均匀ENZ材料相反，其光学性质由其固有材料性质决定，因此不能广泛调谐，通过选择亚波长层的正确厚度，可以将所展示的超材料的零介电常数波长选择为位于可见光谱内的任何地方。因此，我们的结果提供了一种设计具有大非线性的超材料的方法，用于任何指定光波长的纳米光子学应用。
2021-02-24 physics.optics
Nonlinear terahertz metamaterials via field-enhanced carrier dynamics in GaAs
我们展示了GaAs上的非线性超材料开口环谐振器（SRR）在太赫兹频率。对于掺杂GaAs薄膜上的SRR，峰值场为~20 - 160 kV/cm的入射太赫兹辐射驱动谷间散射。由于掺杂薄膜中的导电性降低，这降低了载流子迁移率并增强了SRR LC响应。在~160 kV/cm以上，SRR间隙内的电场增强导致有效的碰撞电离，从而增加载流子密度和电导率，这又抑制了SRR共振。我们证明了半绝缘GaAs衬底上的SRR间隙中的载流子密度增加了10个数量级。此外，我们表明，有效介电常数可以从负值到正值扫描，增加太赫兹场强度的影响电离制度，使非线性超材料的新的可能性。
2012-08-07 physics.optics
Dynamic Effective Medium Theory for Two-Dimensional Non-Magnetic Metamaterial Lattices using Multipole Expansion
我们提出了一个公式推导出的有效介质性质的无限周期二维超材料晶格结构超出静态和准静态的限制。我们利用多极展开，与支持布洛赫模式的极化电流表示通过电偶极子，磁偶极子，和电四极矩每单位长度。然后，我们提出了一种方法来计算的基础上的晶格几何和单个单位元结构的布洛赫模式。结果恢复到众所周知的公式在准静态极限，是有用的均匀化的纳米棒型超材料，这是经常使用的光学应用。
2015-04-11 physics.optics
Modulation instability of structured-light beams in negative-index metamaterials
各向同性负折射率超材料的一个最基本的性质，即坡印廷矢量和波矢量的相反方向性，使许多新的线性和非线性的轻物质相互作用机制成为可能。在此，我们预测了具有克尔型和可饱和非线性的负折射率超材料中具有不同拓扑电荷的光学涡旋的方位调制不稳定性的不同特征。我们推导出一个解析表达式的空间调制不稳定性增益的克尔非线性的情况下，并表明，一个特定的条件有关的衍射和非线性长度必须满足的方位角调制不稳定性发生。最后，我们研究了由于产生涡旋的轨道角动量转移对孤立项链光束运动的影响而导致的项链光束的旋转。我们表明，旋转的方向是相反的，在积极和消极的指数材料。
2016-01-15 physics.optics
