Multi-fold Enhancement of Quantum Dot Luminescence in a Plasmonic Metamaterial
我们报道了将半导体量子点与等离子体超材料杂交导致其光致发光光谱的强度增加和变窄。发光增强是腔量子电动力学Purcell效应的明确表现，可以通过超材料的设计来控制。这一观察是理解增益介质的超材料中的损耗补偿和开发超材料增强增益介质的重要一步。
2010-08-27 physics.optics
Stimulated Brillouin scattering in metamaterials
我们计算SBS增益的超材料包括一个立方晶格的介电球悬浮在背景介电材料。理论方法来计算的光学，声学，和光声参数，描述了在长波长的材料的SBS性能。利用电磁和应变能量密度，我们准确地描述了超材料的光学和声学特性。从结合能量密度方法和微扰理论，我们恢复适当的条款的光弹性张量的超材料。我们证明，电致伸缩不一定是在超材料中的SBS增益系数的增强和抑制的主导机制，而其他参数，如布里渊线宽，可以占主导地位。例子中，表现出一个数量级的增强SBS增益以及完美的抑制。
2016-06-10 physics.optics
High-order virtual gain for optical loss compensation in plasmonic metamaterials
针对复频率波在极端损耗下信号迅速衰减至零的问题，提出高阶虚增益合成波方法，在保持损耗补偿效率的同时减缓衰减速率，在等离子体共振系统中实现20倍噪声抑制，广泛适用于成像、生物传感和集成光子信号处理。
2025-05-28 physics.optics
Modulation theory in PT-Symmetric Magnetic Metamaterial Arrays in the continuum limit
本文研究了一维非线性宇称时间（PT-）对称磁性超材料中具有增益和损耗的裂环二聚体的动力学行为。对于长波（连续）极限近似和弱非线性极限，我们显示的间隙孤子解的存在性和对称性破缺现象的增益/损失项的临界值的解析结果。
2013-10-18 physics.optics
Gain assisted harmonic generation in near-zero permittivity metamaterials made of plasmonic nanoshells
我们研究了由球形等离子体纳米壳层组成的增益辅助的近零介电常数超材料中的增强谐波产生过程。我们报告的存在下，窄带功能的传输，反射和吸收诱导的活性材料的存在下的核心内的纳米壳。用于实现近零有效介电常数条件的阻尼补偿机制也引起场局部化和强度的显著增加，从而增强线性吸收。当只考虑金属非线性时，通过探测在近零介电常数条件附近的结构获得的二次和三次谐波产生效率接近值高达低至的辐照度值。这些结果清楚地表明，一个相对简单的路径，现在存在的发展奇异的和极端的非线性光学现象，在千瓦/厘米2的范围
2012-10-05 physics.optics
Lossless Airy Surface Polaritons in a Metamaterial via Active Raman Gain
提出了一种利用有源喇曼增益实现线性和非线性艾里表面极化激元（SP）无损传输的方案。我们建议的系统是一个由负折射率超材料（NIMM）和电介质叠加的平面界面，其中掺杂三能级量子发射体。利用量子发射体的自激共振产生的场效应和NIMM的电磁响应之间的相消干涉效应，我们证明了NIMM的欧姆损耗和量子发射体的光吸收都可以完全消除。因此，非衍射艾里SP可以传播非常长的距离而没有衰减。我们还表明，克尔非线性的系统可以大大提高由于量子发射器的引入，因此可以在系统中产生具有非常低的功率的无损艾里表面极化激元孤子。
2016-04-15 physics.optics
Overcoming losses with gain in a negative refractive index metamaterial
基于全矢量三维Maxwell-Bloch方法，研究了在负折射率渔网状超材料中利用增益来克服损耗的可能性。我们表明，适当放置光泵激光染料（增益）到超材料结构的结果在一个频带中的非双各向异性超材料成为放大。在该区域中，有效折射率的实部和虚部同时变为负值，并且品质因数在两个不同的频率点处发散。
2010-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical loss compensation in a bulk left-handed metamaterial by the gain in quantum dots
研究了一种具有渔网结构的左手材料，利用PbS量子点中的高斯增益，通过表面等离子体激元放大实现了对左手材料光损耗的补偿。通过反演方法证实了200 THz附近的光学共振增强。通过研究传输损耗对增益系数和超材料厚度的依赖关系，数值验证了在一定增益系数下，左手响应可以承受较大的传输厚度，且损耗超低且稳定。
2009-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Temporal metamaterials with gain and loss
在有损耗和有增益的系统中操纵波-物质相互作用已经开辟了随意控制波传播的新机制。在过去的几年中，通过利用从量子物理学中得到启发的宇称时间（PT）对称性概念，已经研究了具有空间非均匀损耗和增益的超材料和超表面。在这项工作中，我们从理论上研究了空间无界的超材料具有时间调制的介电常数，其虚部在时间上调制，以诱导损耗和增益，而实部保持不变的光-物质相互作用的控制。我们在数值上和理论上证明了这种具有损耗和增益的时间调制多阶超材料可以等效于具有由时间阶跃函数建模的有效介电常数的时间有效超材料。有趣的是，它示出了如何的单色电磁波的振幅在这样的时间超材料内旅行可以经历时空衰减或放大取决于添加到系统中的损失和增益的值，而其波数被保存。我们设想，我们的研究结果可能会开辟新的途径，在信号放大和损失减轻的时间超材料的潜在应用的探索。
2021-08-02 physics.app-ph physics.optics
Strategy for designing broadband epsilon-near-zero metamaterial with loss compensation by gain media
提出了一种宽带增益掺杂近零ε（GENZ）超材料的设计策略。基于有效介电常数的Milton表示，该策略在无量纲谱空间中开始，其中GENZ超材料的有效介电常数简单地由对应于工作频率范围的极零结构确定。GENZ超材料的物理结构是通过一个易于处理的逆问题从零极点结构恢复。该策略在实际应用中具有很大的优势，并从理论上揭示了频谱空间中宽带近零介电常数现象的抵消机制。
2012-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Metamaterial control of stimulated Brillouin scattering
使用完整的光声数值模拟，我们证明了增强和抑制的SBS增益的超材料，包括一个亚波长立方阵列的介电球悬浮在介电背景材料。我们开发了一个一般的理论框架，并提出了几个数值例子，使用技术上重要的材料。对于硅中的As $_2$ S $_3$球，与纯硅相比，我们实现了超过一个数量级的增益增强，并且对于硅中的GaAs球，获得了完全抑制。As $_2$ S $_3$玻璃的增益也可以通过嵌入二氧化硅球来强烈抑制。示出的增益系数的组成项依赖于在一个复杂的方式上的填充分数。我们发现电致伸缩是体相介质中SBS控制的主要效应。
2016-05-10 physics.optics
Gain in Three-Dimensional Metamaterials utilizing Semiconductor Quantum Structures
我们展示了在三维金属/半导体超材料的光学有源半导体量子结构的集成增益。在包含量子阱的应变半导体层的顶部上的金属结构的卷起允许我们实现由损耗金属和放大增益材料的交替层组成的三维超晶格。我们表明，通过超晶格的传输可以增强激发下的脉冲或连续波激发的量子阱光学。这表明，我们的结构可以作为一个起点，为任意的三维超材料，包括增益。
2011-04-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Closed-form expressions for effective constitutive parameters and electro/magneto-strictive tensors for bi-anisotropic metamaterials and their use in optical force density calculations
利用多重散射技术，我们推导出了二维双各向异性异向介质的有效本构参数和电/磁致伸缩张量分量的封闭表达式。利用虚功原理，我们得到了电磁应力张量，它可以用来计算这种介质中的光学力密度。对全波数值模拟的解析表达式进行了测试。我们的有效介质理论是必不可少的双各向异性复合材料的光学和光机械性能提供一个完整的宏观描述。
2017-11-29 physics.optics
Scattering properties of PT-symmetric chiral metamaterials
在光学系统中，奇偶时间（PT）对称性的增益和损耗的组合最近指出了各种新的光学现象和可能性。它们中的许多可以通过将PT对称性概念与超材料相结合来实现。在这里，我们调查的情况下，手征超材料，显示手征超材料与PT对称的增益-损耗的组合，使非常丰富的各种现象和功能。研究一个简单的一维手征PT对称系统，我们表明，与正常入射波的PT对称和手征相关的特性可以独立调谐和叠加几乎在意志。另一方面，在斜入射下，手征性影响所有的PT相关的特性，也导致新的和不寻常的波传播功能，如不对称的传输和不对称的光学活性和椭圆率。所有这些功能都是高度可控的手征和入射角，使PT对称的手征超材料在大范围的偏振控制寻求应用的价值。
2020-05-13 physics.optics
Active metamaterials: sign of refraction index and gain-assisted dispersion management
我们推导出一种方法来定义的因果方向的波矢量的模式在光学超材料，这反过来又决定了符号的折射率和阻抗的{ \it实部和虚部的介电常数和磁导率的函数。我们使用开发的技术来证明，超材料的成分的共振响应之间的相互作用，可以用来实现有效的色散管理。最后，我们展示了宽带色散的折射率和阻抗匹配在有源陶瓷基负折射率材料。我们的工作开辟了新的实际应用负折射率复合材料的宽带透镜，成像和脉冲路由。
2007-04-27 physics.gen-ph physics.optics
Localization length calculations in alternating metamaterial-birefringent disordered layered stacks
本文对非相关厚度无序条件下的超材料-双折射交替随机叠层中的局域化长度进行了详细的理论和数值分析。当考虑“标准”各向同性层（具有正折射率）而不是超材料层时，最近已经报道了类似的结构来抑制$\it{p}$ -偏振光的布鲁斯特离域，从而提供了产生偏振不敏感的宽带反射的通用手段。然而，与平均层厚度$a_0$相比，这种局部化的增强对于短波长$λ$是有效的。在较高的波长，我们恢复布鲁斯特异常$\it{p}$偏振态阻碍了显着的本地化的光。为了在更宽的波长范围内实现更好的定位，我们用负折射率超材料取代了传统的各向同性层，在近红外范围内呈现低损耗和恒定的折射率。其结果是，我们的数值计算表现出线性依赖的本地化长度与$λ$（在区域$5 <λ/a_0 < 60$）减少布鲁斯特异常在两个以上的数量级相对于标准的各向同性计划在斜入射。这种增强的本地化实际上是独立的厚度无序的种类，也举行弱折射率无序。
2015-05-31 physics.optics
Gain and plasmon dynamics in negative-index metamaterials
光子超材料允许一系列令人兴奋的应用无法实现与普通的光子晶体。然而，它们的元原子的金属性质可能导致增加的光学损耗。增益增强超材料是解决这个问题的一个潜在方案，但现实的三维设计的概念是一个具有挑战性的任务。从基本的电动力学和量子力学方程出发，我们建立并部署了一个严格的理论模型，用于光波与金属（纳米）结构和增益介质内部和周围的自由和束缚电子的空间和时间相互作用。导出的数值框架使我们能够自洽地研究相干等离子体增益相互作用，非线性饱和，场增强，辐射阻尼和空间色散的动力学和影响。利用数值泵浦-探测实验，我们研究了具有染料分子夹杂物的双鱼网超材料结构的反转轮廓的建立和低Q腔中等离子体激元模式的形成。我们发现，全损耗补偿发生在一个政权的超材料的有效折射率的实部变得更负相比，被动的情况下。我们的研究结果提供了一个深刻的洞察内部过程如何影响的整体光学性能的有源光子超材料培育新的方法来设计的实际损失补偿等离子体纳米结构。
2011-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Light scattering in pseudo-passive media with uniformly balanced gain and loss
我们介绍了一类具有均匀平衡的增益和损耗与复介电常数和磁导率常数的超材料。这种平衡的伪无源超材料的折射率是真实的。无界均匀伪无源介质的输运特性与具有相同实折射率的真正无源无耗介质的输运特性相似。然而，有界的伪被动样品显示出一些意想不到的散射功能，可以进一步强调，包括这样的元素在光子结构。
2015-01-09 physics.optics
Self-consistent calculations of loss compensated fishnet metamaterials
我们提出了一种计算方法，允许一个自洽的治疗三维（3D）鱼网超材料耦合到增益材料纳入纳米结构。我们数值计算表明，可以通过将增益材料内的渔网结构补偿的损失。补偿损耗所需的泵浦速率远小于体增益和品质因数（FOM =| Re（n）/Im（n）|）随着泵送速率显著增加。传输，反射和吸收数据，以及检索的有效参数，提出了渔网结构和增益材料。有效参数的Kramers-Kronig关系与有增益的反演结果吻合得很好。
2010-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Gain/Loss-free Non-Hermitian Metamaterials
本研究提出在无增益/损耗的厄米系统中，通过拓扑绝缘体与导体界面实现非厄米效应，展示耗散性非互易输运，并利用超材料化进行实验验证，为光学和电子学构建非厄米系统提供新途径。
2025-04-21 physics.optics
Gain-Driven Discrete Breathers in PT-Symmetric Nonlinear Metamaterials
介绍了一种由具有增益和损耗的开环二聚体组成的一维宇称时间（PT）对称非线性磁性超材料。当非线性是不存在的，我们发现一个确切的一个破碎的PT相位之间的过渡;在前者的系统具有两个带隙的频谱的形状确定的增益和损耗系数，以及单元间的耦合。在非线性的存在下，我们数值计算表明，作为一种新型的长寿命的稳定的离散呼吸子的增益/耗散匹配的结果，可以形成以下的带的下分支没有衰减。在这些局域模式中，能量在两个相邻的分裂环之间几乎相等地分配，一个分裂环具有增益，另一个分裂环具有损耗。
2013-04-05 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
Resonant plane waves in metamaterials with dipoles and quadrupoles coupled with quantum system
在这里，多极方法[13]与密度矩阵形式主义相结合，用于建立具有增益的振荡器的模型。这种方法使我们能够调查分析或半分析的增益和磁性能的磁共振器之间的相互作用，内部不稳定的操作模式的spasers（MA耦合发射器，其中的磁共振器组成）的传播特性的影响，并最终优化MM设计。此外，所提出的模型与先前提出的方法[16]一致（实际上是其在平面波传播问题上的自然扩展），并且从另一方面非常清晰和可观察。本文给出的结果解决了由[12]和[35-38]引起的讨论。
2013-08-21 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
Self-consistent Purcell factor and spontaneous topological transition in hyperbolic metamaterials
在这项工作中，我们开发了一个自洽的方法来计算Purcell因子和兰姆位移的高色散双曲型超材料占有效偶极子频率偏移。我们还从理论上预言了自发拓扑转变的可能性，这种自发拓扑转变的发生不是由于系统参数的外部变化，而是由于兰姆位移。
2016-07-12 physics.optics
Giant nonlinear response of 2D materials induced by optimal field-enhancement gain mode in hyperbolic meta-structure
超材料中的共振模式已被广泛用于放大实际器件应用中的2D材料的光学响应。然而，谐振模式下的高损耗严重阻碍了超材料的应用。在这里，我们引入一个场增强增益（FEG）的因素，找到FEG模式显着改善光-物质相互作用。作为示范，我们实验比较了单层二硫化钼的二次谐波产生的增强诱导的最佳FEG和双曲元结构中的共振模式。在最佳的FEG模式下，我们获得了22145倍的增强和1.1*10-6 W-1的转换效率，这分别是一个和两个数量级高于以前报道的单层MoS 2。实现了超过~80 nm的宽带高FEG区域，其中非线性增强大于由谐振模式引起的增强。FEG因子的概念对超材料具有普遍意义，为超材料的应用开辟了一条新的途径。
2020-09-21 physics.optics
Different regimes of ultrashort pulse propagation in disordered layered media with resonant loss and gain
含有损耗和增益成分的不同光学纳米结构作为各种纳米光子和等离子体应用的新型先进材料和构建块吸引了越来越多的关注。所谓的有源超材料的独特可调光学特征支持它们在微米和纳米尺度上用于传感，成像和信号处理。然而，这种可调谐性需要对超材料参数的灵活控制，这可以通过涉及一组非线性相互作用来提供。在本文中，我们提出了一种方法来管理超短脉冲通过改变一个随机的有源超材料中的人口差异无序的水平。这使得能够提供三种不同的相互作用机制：自诱导透明性（低无序），局域化机制（中度无序），以及对应于强烈不同的光脉冲速度的光放大（强无序）。由于这种控制可以通过相当简单的工具来实现，比如简单的泵浦调谐，因此所提出的无序介质为设计用于一整套高度要求的光学应用的特殊有源组件打开了一个机会的空间。
2019-07-12 physics.optics
Comment on: Power loss and electromagnetic energy density in a dispersive metamaterial medium
通过澄清Luan（Phys. Rev. E，2009）的方法，我们可以推广色散（Meta）材料的分析，并处理其他材料响应，不仅涉及损耗，还涉及增益和相干响应。
2012-06-27 physics.class-ph physics.optics
Mie Scattering in the Macroscopic Response and the Photonic Bands of Metamaterials
我们提出了一个通用的方法数值计算的有效介电张量的超材料，并表明，我们的形式主义可以用来研究超材料超过长波长的限制。我们考虑了由高折射率圆柱形夹杂物组成的系统，并表明我们的方法再现了米氏共振特性和光子能带结构从多重散射的方法，从而打开了可能性，研究任意复杂的几何形状的共振为基础的负折射超材料在光波长的设计。
2019-09-20 physics.optics
Resonance amplification of left-handed transmission at optical frequencies by stimulated emission of radiation in active metamaterials
我们证明了通过引入有源介质层作为衬底，由周期性排列的双环组成的金属超材料的左手共振传输可以扩展到可见光谱。在这种有源系统中，金属内部在光频处的严重欧姆损耗由辐射的受激发射补偿。由于最近提出的激光spaser的共振放大机制，左手传输带可以恢复到610 nm波长，取决于有源层的增益系数。此外，双环单元的不同缩放级别的阈值增益进行了研究，以评估在不同的频率范围的左手传输恢复的增益要求。
2008-12-06 physics.comp-ph 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
Accessible phases via wave impedance engineering with PT-symmetric metamaterials
尊重奇偶时间（PT）对称性的光学系统可以通过适当地并入增益/损耗材料来实现。然而，由于在光学频率下没有磁响应，波阻抗完全由它们的介电常数定义，因此，PT对称特性仅通过它们的折射率来控制。在这里，我们表明，由超材料实现的波阻抗的单独控制可以允许进一步调谐例外点，混合相的出现（PT对称和PT破坏相的共存）和相位再入的发生，这在自然材料中是不容易实现的。
2019-08-28 physics.optics
Spaser in Coupled Metamaterials: The gain effect in a magnetic plasmon waveguide
损耗是等离子体集成光路和超材料中的关键问题。为了解决亚波长磁等离子体波导中的损耗问题，将Er，Yb共掺增益材料引入到由纳米线链组成的磁等离子体波导中。选择磁等离子体激元模式和高阶模式作为信号光和泵浦光，以提高辐射和泵浦效率。研究了不同Er 3+掺杂浓度和信号衰减时间下，信号光在波导中的传输情况。结果表明，当掺杂浓度和信号衰减时间超过一定阈值时，增益效应不仅可以补偿损耗，而且可以放大信号。
2010-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.atom-ph
Spatial dissipative solitons in graphene-based active random metamaterials
我们研究了石墨烯基有源超材料的耗散非线性动力学，该材料由随机分散的石墨烯纳米片嵌入外部泵浦增益介质中组成。我们观察到，石墨烯饱和非线性产生亚临界分岔的非线性模式，使自组织的辐射到几个不同的拓扑电荷耗散孤子结构。我们系统地研究了这种非线性波的存在域及其时空动力学，发现孤子涡旋是不稳定的，从而使自组织成单个耗散结构与消失的拓扑电荷，独立的石墨烯纳米片的形状。我们的结果揭示了自组织的相干辐射结构在无序系统和相关的未来的无腔激光器和放大器的设计。
2022-01-12 physics.optics
Theory of light amplification in active fishnet metamaterials
我们建立了一个理论，跟踪光放大的有源双渔网超材料回到它的微观起源。基于光/等离子体激元场的从头计算，我们直接从坡印廷定理提取与增益/损耗通道相关的能量率和转换效率。我们发现，对于负折射率模式的辐射损失和增益超过电阻损失的两个以上的因素，打开一个广泛的窗口的稳态放大（自由的不稳定性）访问，即使当考虑到接近金属的增益降低。
2011-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
$\mathcal{PT}$-Symmetry-Induced Wave Confinement and Guiding in Epsilon-Near-Zero Metamaterials
受宇称-时间对称概念的启发，我们证明了ε-近零超材料中增益和损耗的明智空间调制可以诱导以零衰减为特征的指数束缚界面模式的传播。具体参考双层配置，通过色散方程的分析研究和参数化，我们表明，这种波导机制可以在中等增益/损耗水平的存在下维持，并且它变得泄漏（即，辐射）低于增益/损耗阈值。此外，我们探索了一种可能的基于棒的超材料实现，基于现实的材料成分，它捕获了波导机制的基本特征，与我们的理论预测非常一致。我们的研究结果可能为光学器件和可重构纳米光子学平台的设计开辟新的可能性。
2015-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Negative-Index Metamaterials: Going Optical
六年前，GHz频率的负折射率材料的实现推动了工程超材料在光学范围内的负折射率的竞争。GHz谐振结构的纯粹小型化是一种方法。替代设计利用金属膜中的局部等离子体共振金属纳米颗粒或纳米孔。根据这种方法，最近已经在光学范围内实现了负折射率。我们回顾了这些最近的结果，并总结了如何明确检索的有效折射率的薄层从数据可访问的测量。数值模拟表明，由银条和增益提供材料组成的复合材料可以同时具有-1.3的负折射率和100%的透射率。
2006-05-25 physics.optics
Generalized effective-medium theory for metamaterials
提出了一种有效介质模型，用于计算含有任意介电常数和磁导率的球形颗粒的超材料复合材料的频率相关的有效介电常数$ε(ω)$和磁导率$μ(ω)$。该模型是从偶极近似内的零散射条件，但没有调用任何额外的长波长近似。因此，它捕获的空间色散的影响，并预测有限的有效折射率和反共振在$ε(ω)$和$μ(ω)$，与数值有限元计算。
2014-03-27 physics.optics
Modulating light with light via giant nano-opto-mechanical nonlinearity of plasmonic metamaterial
从1926年Vavilow和Levshin对可饱和吸收的演示开始，随着激光器的发明，强非线性材料的不可用性成为发展光学信号处理的关键障碍，特别是在透明电信网络中。今天，最先进的光子开关材料利用半导体中的增益动力学和近带和激子效应，有机介质中的非线性与弱局域电子和非线性通过与超材料杂交而增强。在这里，我们报告一种新型的人工非线性，是纳米光机械的性质。它是在由柔性纳米膜支撑的等离子体元分子的人造超材料阵列中观察到的。在这里，非线性是由光引起的结构的可逆重构所支撑的。在一个只有100纳米厚的薄膜中，我们用毫瓦功率的电信二极管激光器演示了光与光的调制。
2015-06-18 physics.optics
Tailored Optical Polarization in Nano-Structured Metamaterials
一个非常有效的方法计算纳米结构复合系统的有效光学响应，允许设计的超材料定制特定的光学偏振特性。我们使用我们的方法来设计2D周期性阵列的亚波长介电夹杂物内纳米支持的金属薄膜的行为，作为一个几乎完美的线性二向色性系统，作为一个可控源的圆偏振光，作为一个系统，具有较大的圆二向色性，或作为一个圆偏振器。所有这些系统都可以在宽的能量范围内调谐。
2016-04-03 physics.optics
Active Negative Index Metamaterial Powered by an Electron Beam
介绍了一种新型的有源负折射率超材料，它的增益来自于电子束。这种超材料由一堆等距的平行金属板组成，金属板上有一排周期性的孔，形状像互补的开口环谐振器。结果表明，这种结构支持一个负折射率的横向磁电磁模式，可以与相对论电子束共振相互作用。这种超材料可以用作相干辐射源或粒子加速器。
2012-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Recursive Calculation of the Optical Response of Multicomponent Metamaterials
我们开发了一个递归的计算程序，有效地计算宏观介电函数的任意几何形状和组成的多组分超材料内的长波长近似。虽然系统的微观响应可能对应于非厄米算子，我们开发了一个表示的微观领域和响应，我们引入了一个适当的度量，使所有运营商对称。这使我们能够使用修改后的Haydock递归，引入复杂的Haydock系数，允许一个有效的计算的宏观响应和微观领域。我们测试了我们的程序，将我们的结果与简单系统中的解析结果进行比较，并验证它们服从广义多分量凯勒定理以及四分量金属和介电系统的莫尔托拉和斯特菲定理。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Analytic derivation of electrostrictive tensors and their application to optical force density calculations
利用多重散射理论，首次推导出二维超材料系统电致伸缩张量的解析表达式。电致伸缩张量项被发现明确地依赖于超材料的基本晶格的对称性，并且它们也明确地依赖于局部有效波矢量的方向。这些分析结果使我们能够计算光诱导的体力内的复合系统（超材料）使用亥姆霍兹应力张量的有效介质形式主义的意义上说，应力张量中使用的字段是通过求解宏观麦克斯韦方程与超材料的微观结构由有效介质取代。我们的结果指出了一些基本问题，使用有效介质理论来确定光学力密度。特别是，亥姆霍兹张量携带的电致伸缩项是明确的对称性依赖的事实意味着标准的有效介质参数不能提供足够的信息来确定体力密度，即使他们可以给出正确的合力。一个更具挑战性的问题是，电致伸缩项与局部有效波矢量有关，并且在标准有效介质方法的背景下，在具有边界反射的系统中并不总是可以获得。
2015-05-18 physics.optics
Control and Dynamic Competition of Bright and Dark Lasing States in Active Nanoplasmonic Metamaterials
有源纳米等离子体超材料支持竞争增益的亮模式和暗模式。利用Maxwell-Bloch方法结合朗之万噪声，我们研究了有源纳米渔网结构中的激光动力学。我们报告说，激光的明亮的负折射率模式是可能的，如果较高的Q值的暗模式是由增益歧视，空间或光谱。在瞬态阶段的非线性竞争之后是稳态发射，其中亮模式和暗模式可以共存。分析了泵浦光强度和偏振态对模式的影响，并探讨了模式控制的方法。
2012-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Plasmonic angular momentum on metal-dielectric nano-wedges in a sectorial indefinite metamaterial
本文对扇形无限异向介质芯区周期性金属-介质纳米楔结构调制的等离子体角动量进行了解析研究。采用的传输矩阵计算和保角映射技术，我们的理论是能够处理现实的配置任意扇区数和圆角楔形提示。我们证明了在深亚波长区，强电场携带高方位角变化可以存在于靠近结构中心的仅10纳米长度尺度内，并且自然地以距离中心100纳米量级的特征半径为界。这些极端的限制性能表明，在纳米级光子操纵方面，所研究的结构可能优于传统的金属-电介质波导或腔。
2013-09-18 physics.optics
PT-Symmetric Nonlinear Metamaterials and Zero-Dimensional Systems
研究了一种一维、奇偶时间（${\cal PT}$）对称的磁性超材料，其包括具有增益和损耗的开口环谐振器。在线性制度，从确切的过渡到破碎的${\cal PT}$ -相位是通过计算的两种不同的配置的本征频谱确定的;一个等距分裂环和其他分裂环形成一个二进制模式（${\cal PT}$二聚体链）。后一种系统的特点是两个波段，间隙频谱，其形状由增益/损耗系数以及元件间耦合决定。在非线性存在下，具有平衡增益和损耗的${\cal PT}$二聚体链在线性谱的下支以下以新颖的离散呼吸子形式支持非线性局域模。这些呼吸子可以通过频率啁啾从弱的外加磁场激发，随后可以仅通过增益驱动很长时间。增益和损耗之间的小的不平衡的影响也被考虑。基本增益驱动呼吸子占据二聚体的两个位置，而它们的能量几乎相等地分配在两个分裂环之间，一个有增益，另一个有损耗。我们还介绍了一个模型方程的经典${\cal PT}$对称性在零维的调查，实现了一个简单的谐振子与匹配的时间相关的增益和损失，表现出从振荡到发散运动的过渡。这种行为类似于在高维${\cal PT}-$对称系统中从精确到破缺的${\cal PT}$相的过渡。在分段常数增益/损失函数的情况下，得到的问题的参数相关的稳定性条件，允许建设的相图交替稳定和不稳定的区域。
2013-04-02 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
A simple and versatile analytical approach for planar metamaterials
我们提出了一个分析模型，它允许计算的有效材料参数的平面超材料组成的任意单元格（元原子）形成的一组直线部分的潜在不同的形状。该模型利用了电线中的谐振电偶极子振荡及其相互耦合。元原子的相关形式决定了实际的耦合特征。这一过程代表了一种不同的元原子的积木模型。基于描述单个偶极振荡及其相互耦合的参数，可以确定整个有效超材料张量。通过了解某个元原子的这些参数，可以系统地修改它以创建所需的特征。执行这样的修改有效的材料特性以及远场强度保持可预测。作为一个例子，该模型被应用于揭示光学活性的发生，如果分裂环谐振腔的元原子被修改为L-或S-形的元原子。
2010-01-11 physics.optics
Enhancing the resolution of hyperlens by the compensation of losses without gain media
我们提出了一种提高文献中可用超透镜分辨率的方法。在这种方法中，我们结合了超透镜的操作与最近提出的等离子体激元注入方案的损失补偿的超材料。一个对象的图像，这是无法单独解析的超透镜，重建的最小特征尺寸的七分之一的自由空间波长。
2016-07-25 physics.optics
Exceptional points in transistor-metamaterial inspired transmission lines
本文提出一维晶体管超材料传输线，证明其非互易非厄米特性，并展示异常点处功率增益最大化，与微波放大器工作点重合。
2024-01-04 physics.app-ph physics.optics
Strong self-induced nonreciprocal transmission by using nonlinear PT-symmetric epsilon-near-zero metamaterials
非互易传输是单向波传播现象背后的基本过程。在我们的工作中，一个紧凑和实用的宇称时间（PT）对称的超材料设计的基础上，两个碳化硅（SiC）介质由一个空气隙和光子掺杂的增益和损耗缺陷。我们证明了一个例外点（EP）是在这个PT对称系统中形成的SiC作为一个实用的ε近零（ENZ）材料时，并考虑到其适度的光损耗。此外，甚至更重要的是，由于非线性克尔效应，在稍微偏离EP的频率处激发强自感非互易传输，但不破坏PT对称相位。从一个方向的透射率是完全一致的，而从另一个方向的透射率降低到非常低的值，实现非常高的光学隔离。与无源非线性非互易谐振器相比，所提出的有源非线性超材料克服了非互易性的基本物理界限。强烈的自感非互易传输来自于从相反入射方向激发时实现的极端非对称场分布。缺陷中电场的显著增强有效地降低了触发所呈现的非线性响应所需的光功率。这项工作可以有大量的应用，如用于保护源或其他敏感设备免受外部脉冲信号，循环器和隔离器的非互易性涂层。
2020-03-03 physics.optics
On the feasibility of pentamode mechanical metamaterials
从概念上讲，所有可想象的三维机械材料都可以由五模材料构建。Pentamodes还能够实现三维变换声学-变换光学的模拟。然而，就我们所知，五元体还没有在实验上实现。在这里，我们调查，因为米尔顿和Cherkaev在1995年提出的五模理论理想可以近似的超材料与当前国家的最先进的光刻。使用由我们制造的三维微结构校准的数值计算，我们发现品质因数，即，实际上，体积模量与剪切模量之比可以大到约1，000。
2012-03-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Efficient homogenization of multicomponent metamaterials: chiral effects
本文将基于 Haydock 表示的均匀化方法推广到任意多组分周期复合材料，并通过计算具有圆偏振带隙的 Bouligand 手性光子晶体验证了该方法与解析解高度一致。
2023-09-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Material-structure integrated design for ultra-broadband microwave metamaterial absorber
提出了一种基于遗传算法和仿真平台相结合的介质超材料宽带吸收材料-结构一体化设计方法。通过数值模拟和实验研究，实现了一种具有5.3 ~ 18 GHz超宽带吸收（相对带宽高达109%）的多层超材料吸收体。此外，仿真结果表明，所提出的超材料具有良好的入射角和偏振容忍度，这也是实际应用的重要标准。通过理论计算和数值模拟研究其工作原理，发现四分之一波长干涉相消、欺骗表面等离子体激元模式、介质谐振模式和光栅模式等多种谐振模式的融合是产生超宽带吸收的主要原因。通过对材料和结构各自贡献的分析表明，材料和结构在激发不同的共振模式中起着不可或缺的作用，材料和结构的和谐是提供理想目标性能的必要条件。材料-结构一体化设计思想突出了材料与结构耦合的优越性，为介质超材料提供了一种有效的综合优化策略。
2021-07-20 physics.app-ph physics.optics
Loss compensation and super-resolution with excitations at complex frequencies
本文提出使用复频率振荡信号对无源超透镜进行时间激发以补偿材料损耗，从而实现超分辨率增强，为超材料损耗补偿开辟了新途径。
2023-03-30 physics.class-ph physics.optics
Hyperbolic metamaterials with extreme mechanical hardness
双曲型超材料（Hyperbolic Metamaterials，简称HALF）是一种具有高度各向异性的光学材料，它的性能取决于光的传播方向。它们对于从航空航天到汽车，从无线到医疗和物联网等众多应用都变得至关重要。这些应用通常在恶劣的环境中工作，或者可能承受显著的外部应力。这就要求材料具有增强的光学性能以及可定制的机械性能。根据它们的具体用途，可能需要硬材料和超软材料，尽管与光学双曲线响应的组合很少被提及。在这里，我们展示了在同一（Meta）材料中结合光学双曲面和可调机械性能的可能性，重点是极端机械硬度的情况。使用第一原理和有效介质理论的高通量计算，我们探索了一大类在近红外和可见光范围内具有双曲光学活性的层状材料，并且我们在1800多种过渡金属岩盐晶体组合中确定了数量减少的超软和硬阻碍。一旦通过实验验证，这类新的超材料可能会促进以前未开发的光学/机械应用。
2021-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
