Metamaterial-based gradient index lens with strong focusing in the THz frequency range
创新的太赫兹（THz）成像系统的发展最近已经成为科学工作的焦点，因为它能够通过纺织品或塑料筛选物质。具有高空间分辨率的THz成像系统的发明在质量控制、灰尘环境中的光谱学和安全检查领域中的应用越来越受关注。当前太赫兹成像系统的主要限制之一是低空间分辨率，这受限于缺乏具有强聚焦能力的太赫兹透镜。在这里，我们提出的设计，制造和光谱宽带超材料为基础的梯度折射率（GRIN）透镜的光学特性的测量，允许一个太赫兹辐射的焦点直径小于波长。由于亚波长厚度和高聚焦强度，所提出的GRIN透镜是朝向具有大幅提高的空间分辨率的紧凑型THz成像系统的重要一步。
2010-12-08 physics.optics
Metamaterial slab as a lens, a cloak or something in between
我们表明，一个超材料板与任意值的μ和μ的行为作为一个斗篷在有限的频率为一个小的物体位于足够接近它由于抑制对象的光学激发增强反射。由于传播分量的反射可以部分地抑制激发，而倏逝分量可以完全掩盖对象。特别地，具有Δ = mu = -1 + i Δ的Veselago板以及一类各向异性负折射率板，当Δ-> 0时，可以完全遮盖放置在距板有限距离内的小物体。
2010-10-30 physics.optics
Shape-Dependent, Deep-Learning-Assisted Metamaterial Solid Immersion Lens (mSIL) Super-Resolution Imaging
School of Computer Science and Engineering, Bangor University（班戈大学计算机科学与工程学院）；Research Centre for Intelligent Healthcare, Coventry University（考文垂大学智能医疗研究中心）
本文比较了三种TiO2超材料固体浸没透镜几何结构，通过SEM分析发现超半球形透镜具有最深的浸没和最接近样品特征的接触，结合深度学习模型实现了SEM形态与光学成像响应的跨模态映射，电磁模拟证实了浸没深度与远场主波束强度的直接相关性。
2026-03-25 physics.optics
Optical Vortices during a Super-Resolution Process in a Metamaterial
我们表明，具有100%可见度的超分辨率过程的特征在于在透镜外的自由空间中形成一个拓扑电荷等于-1的鞍形的相位奇点。鞍点连接到透镜的端部边界处的两个涡旋，并且这两个涡旋又连接到透镜内部的另一个鞍点。鞍涡鞍结构是拓扑稳定的。自由空间中鞍点的形成也解释了透镜外某个空间区域中存在的负能量通量。功率流的循环强度可以通过改变物平面相对于透镜的位置来控制。
2008-03-13 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
Design of thin-film photonic metamaterial Lüneburg lens using analytical approach
我们设计了一个全介质Lüneburg透镜作为绝热空变晶格明确占有限的薄膜厚度。我们描述了一个全解析的方法来补偿有限高度的亚波长介质结构中的通带制度。该方法从有效介质理论出发，计算出无限高晶格的有效折射率，然后在有限高平板波导中嵌入相同有效折射率的介质，利用波导色散图计算出新的有效折射率。结果进行了比较与传统的数值处理-直接带图计算，使用修改后的三维晶格的覆盖层和基板包括在细胞的几何形状。我们表明，分析结果与数值结果吻合良好，和薄膜Lüneburg透镜的性能是很大的不同，假设无限高得到的估计。
2011-11-17 physics.optics
Birefringent left-handed metamaterials and perfect lenses
我们描述了双折射左手材料的性质，并介绍了双折射完美透镜的概念。我们证明，在一个鲜明的对比，传统的左手完美的镜头在$ε=μ=-1$，其中$ε$是介电常数和$μ$是磁导率，双折射左手透镜可以集中TE或TM偏振波或两者，允许TE和TM图像的空间分离。讨论了左手双折射透镜在亚波长尺度下的分束和近场诊断等方面的应用。
2004-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hyperbolic metamaterial lens with hydrodynamic nonlocal response
我们研究了双曲型超材料（HALF）中的流体动力学非局部响应的影响，重点是实验上可实现的参数制度，其中单位细胞远小于光波长，但远大于金属成分中自由电子等离子体的纵向压力波的波长。我们推导了非局部修正的有效材料参数解析，并说明显着的非局部效应的色散曲线的数值。作为一个应用，我们发现，在局部响应近似和流体动力学Drude模型中的HMM透镜的聚焦特性可以有很大的不同。有趣的是，有时候非局部理论预测的聚焦效果要好得多。因此，为了检测非局部响应是否在双曲超材料中起作用，我们建议测量双曲超材料透镜的近场分布。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Construction of a polarization insensitive lens from a quasi-isotropic metamaterial slab
我们提出采用准各向同性超材料（QIMM）板构造偏振不敏感透镜，其中E偏振和H偏振波表现出相同的重聚焦效果。对于浅入射角，QIMM板将以与各向同性负折射率材料相同的方式提供一定程度的重聚焦。再聚焦效应使我们能够引入近轴光束聚焦和相位补偿的QIMM板的想法。在角谱表示的基础上，给出了傍轴光束通过QIMM平板传输的描述形式。由于QIMM板中的负相速度，提出了傍轴高斯光束的逆Gouy相移和负瑞利长度。我们发现真空中的Gouy相移所引起的相位差可以用QIMM板中的逆Gouy相移所引起的相位差来补偿。只要满足一定的匹配条件，物面的光强分布和相位分布就可以在像面完全再现。我们的模拟结果表明，超透镜效应与亚波长的图像分辨率可以实现在QIMM板的形式。
2007-02-26 physics.optics
Sub-wavelength focusing meta-lens
我们表明，具有空间可变元原子参数的平面等离子体超材料可以将透射光聚焦到位于超材料近场之外的亚波长热点中。通过纳米结构化金膜，我们创建了一个超透镜阵列，当被800 nm的波长照射时，产生直径为160 nm（0.2λ）的焦点。我们把亚波长热点的出现归因于超振荡现象。
2012-11-07 physics.optics
Gradient Index Metamaterial Based on Slot Elements
提出了一种基于环形缝隙阵列的梯度折射率（GRIN）超材料。该结构允许在垂直于平面入射下的有效折射率的大的变化，从而使得能够构造仅由少量功能层组成的GRIN器件。使用全波模拟，我们证明了环形槽的概念，通过一个3单元的薄梯度折射率透镜的太赫兹（THz）范围。在所提出的实现中，我们实现了Δ n = 1.5的折射率对比度，从而导致适合于将THz辐射聚焦到小于波长的光斑尺寸的高折射率透镜。
2010-02-04 physics.optics
Perfect compensation of absorption in metamaterials for diffraction-unlimited imaging
为了克服传统光学器件的分辨率限制，先前已经开发了使用负折射率平面透镜（NIFL）的近场成像技术，其放大入射场的倏逝分量。在这里，一种技术的开发和证明，以补偿损失的非理想NIFL通过确定的传递函数的镜头，并随后将逆未解决的原始图像。结果是具有亚衍射极限分辨率的补偿图像。
2016-12-22 physics.optics
PT-Symmetric Plasmonic Metamaterials
从理论上研究了由强耦合平面等离子体波导构成的宇称时间（PT）对称三维异向介质的光学性质。通过调整的损失-增益平衡，我们展示了如何最初的各向同性材料变得既不对称和单向。PT对称超材料的高度可调谐的光色散为设计全新类别的三维块状合成介质提供了基础，其应用范围从亚衍射极限光学透镜到非互易纳米光子器件。
2013-06-01 physics.optics
Far-field super-resolution imaging with a planar hyperbolic metamaterial lens beyond the Fabry-Perot resonance condition
我们证明了利用平面双曲超材料透镜（PHML）可以实现远场超分辨成像，超越了法布里-珀罗共振条件。尽管PHML的厚度远大于波长，但PHML不仅可以高透过率地透射辐射波和倏逝波，而且可以收集图像区域内所有的波，并且它们的幅度在同一数量级。提出了一种实现远场超分辨成像的PHML设计方案，光源与像之间的距离为波长的10倍。我们表明，我们的PHML的超分辨率是强大的损失，和PHML可以通过周期性堆叠的金属和电介质层。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall 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
A metamaterial telescope at millimetre wavelengths
本文提出并验证了一种完全由热压多层超材料平面透镜构成的毫米波望远镜，在90-190 GHz频段性能与传统折射望远镜相当，同时实现超过80%的减重并降低低温涂层风险。
2025-01-01 astro-ph.IM physics.optics
Collective electromagnetic response of discrete metamaterial systems
我们开发了一个通用的形式主义来描述一组离散的等离子体共振器介导的电磁场之间的相互作用。由此产生的系统的方程为紧密间隔的元原子代表一个合作的超材料响应，我们发现，集体之间的相互作用安排在一个二维晶格的非对称开口环谐振器解释了最近的实验观察系统尺寸相关的传输谐振线宽变窄。我们进一步表明，这种合作窄化依赖于敏感的晶格间距。
2010-12-17 physics.optics quant-ph
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
Density Effects on the Negative Refractive Index of a Split Ring Resonator Metamaterial
基于互补介质的完美透镜和隐身是负折射率材料的可能应用。超材料是通过调整有效介电常数和磁导率来实现这一特性的天然候选材料。超材料的$n<0$的微调受到粗粒夹杂物的限制，粗粒夹杂物使电磁参数作为其密度的函数而离散。我们研究了在微波频率下超材料的负折射率与晶格周期线密度的关系。在波导截止频率以下的频带中，通过填充有开口环谐振器阵列的波导来获得负折射率。通过在1 GHz的带宽上调谐密度，保持了典型的完美透镜效应的特殊值$n=-1$。观察到超材料在其上操作的截止密度。第二个临界密度以上的传输饱和被发现接近Pendry限制。这些结果的密度的负折射率超材料开辟了新的途径，微调本构参数在所需的值，通过变换光学。
2010-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Metamaterial lens of specifiable frequency-dependent focus and adjustable aperture for electron cyclotron emission in the DIII-D tokamak
在非均匀磁化等离子体中，不同频率的电子回旋辐射起源于不同的位置。为了从环形等离子体约束装置（例如，托卡马克）的外边缘同时观察多个ECE频率，收集光学器件的焦距应随频率增加，以使沿着磁场梯度的视线上的分辨率最大化。在这里，我们提出了一个分区的超材料透镜的设计和数值研究，这样的特点，可能部署在DIII-D托卡马克的83 - 130 GHz的ECE辐射计。该透镜由一个小型化元件移相器的同心阵列组成。这些从所需的高斯光束腰位置开始进行逆向工程，并进一步优化，以考虑衍射和有限孔径效应，这些效应往往会使腰部发生位移。同时，我们施加了高和均匀的透射率，平均在所有移相器。示出的焦距从1.37米增加到1.97米的频率范围内的利益，如所需的低场DIII-D放电（B =-1.57 T）。将透镜缩回到后退位置相应地刚性地移动腰部，导致在较高场（高达B =-2.00 T）下的EC发射层位置的良好匹配-在瑞利长度的一小部分内。此外，示出了改变透镜孔径可以如何"非刚性地"移动腰部以更好地匹配EC发射层的非刚性移动与磁场。所提出的数值方法是非常普遍的，可以用来工程的任何依赖的焦距上的频率，包括零或最小的色差。
2014-10-13 physics.optics physics.plasm-ph
Coupled magnetic plasmons in metamaterials
磁性超材料由尺寸小于其激发波长的磁性谐振器组成。其独特的电磁特性在早期被有效介质理论所描述。然而，有效介质模型没有考虑磁性元件之间的相互作用;因此，大块超材料的有效特性是许多非耦合谐振器的“平均效应”的结果。近年来，研究表明，磁共振器之间的相互作用可以导致一些新的现象和有趣的应用，不存在于传统的非耦合的超材料。本文综述了超材料中耦合效应引起的磁等离子体激元的研究进展。对于由多个相同的磁谐振器组成的系统，这些单元之间的耦合由于杂化而产生多个离散的谐振模式。在包括无限数量的磁性元件的系统的情况下，这些多个离散谐振可以通过强耦合扩展以形成连续频带。这种宽带和可调磁性超材料可能有有趣的应用。在未来，许多新型的超材料和纳米光子器件可以从耦合谐振器系统中开发出来。
2009-07-29 physics.optics
Bringing the 'perfect lens' into focus by near-perfect compensation of losses without gain media
本文研究了一种具有实用价值的非理想Pendry负折射率平板透镜的光学特性和成像性能。对透镜的光学特性进行了解析计算，并将计算结果用于进一步研究透镜和相应的成像系统。等离子体激元注入计划的损失补偿负折射率超材料应用到成像系统的结果，导致在一个完美的重建以前未解决的图像，演示子衍射极限分辨率。
2016-07-25 physics.optics
Novel approach to a perfect lens
在空间域中麦克斯韦方程组的精确解析解的框架内，它表明，基于具有负折射率的平板（$n=-1$）（Veselago透镜或Pendry透镜）的光学方案不具有通常意义上的聚焦特性。事实上，这种系统中的能量不是从物体到它的“图像”，而是从物体和它的“图像”到超材料层内的交叉点，反之亦然。讨论了将这种现象应用于两原子纠缠态的产生的可能性。
2009-02-19 physics.optics
Nonlinear Localization in Metamaterials
超材料，即，包括弱耦合离散元件的人工结构化（"合成"）介质表现出非凡的特性，并且它们对于包括超分辨率成像、隐身、超透镜和光学变换的新应用具有很大的前景。非线性为超材料设计增加了新的自由度，允许调谐和多稳态，这些特性可以提供全新的功能和电磁特性。离散性和非线性的结合可能导致金属、SQUID基和${\cal PT}-$对称超材料中的离散呼吸子类型的固有局部化。我们回顾最近的研究结果表明，呼吸机激励在这些系统中产生的固有损失和输入功率之间的功率平衡，无论是通过适当的初始化或纯动力学程序的一般外观。呼吸特性特有的每一个特定的系统进行了识别和讨论。最近在低损耗、有源和超导超材料的制备方面取得的进展，使得利用所提出的动力学过程在原则上对呼吸子进行实验观察成为可能。
2013-10-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Isotropic and non-diffracting optical metamaterials
光学超材料具有随意控制光的流动的潜力，这可能导致作为完美透镜或隐身设备的壮观应用。这两种光学元件都要求成像过程中涉及的所有空间频率的不变的有效材料特性（介电常数，磁导率）。然而，事实证明，由于当前超材料的介观性质，空间色散阻止满足这一要求;使它们远离可用于成像的目的。这个问题的解决方案并不是直接的，因为超材料通常是正向设计的;这意味着光学特性只针对特定的超材料进行评估。在这里，我们解除这些限制。系统地，我们提出了一个程序来设计具有预定义的光传播特性的超材料。在光学上，我们表明，超材料可以进行优化，使它们表现出各向同性的响应或允许无衍射传播。
2009-09-08 physics.comp-ph 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
Theoretical formalism for collective electromagnetic response of discrete metamaterial systems
我们开发了一个一般的形式主义来描述的近共振电磁场的传播磁介质谐振器组成的介质。由于超材料阵列中纳米制造谐振器的尺寸和空间间隔通常小于波长，因此我们将其描述为离散散射体，支持由单个动态变量表示的电流振荡的单模。我们推导出拉格朗日和哈密顿形式的耦合电磁场和振荡电流的长度规范，得到的Power-Zienau-Woolley变换。每个谐振器对电磁场的响应然后由极化和磁化密度描述，极化和磁化密度在多极展开中的最低阶，产生电和磁偶极子激励。我们推导出一组封闭的方程的相干散射场和正常模式的振幅的电流振荡的每个谐振器内的旋转波近似，在这种情况下的辐射衰减率是远远小于谐振频率，没有这样的假设。方程组包括由电磁场介导的一组离散谐振器之间的辐射耦合，完全将经常性散射过程纳入所有阶次。通过考虑一个二维开口环谐振器超材料阵列的例子，我们表明，该系统的响应合作近共振场，表现出集体本征模，谐振频率，和辐射线宽，从紧密间隔的谐振器之间的强辐射相互作用的结果。
2012-08-08 physics.optics quant-ph
Effects of manufacturing tolerances on the performance of metamaterial microwave anti-reflection coatings
Science Institute, University of Iceland（冰岛大学科学研究所）；The Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University（斯德哥尔摩大学物理系奥斯卡·克莱因中心）
本研究探究制造公差对超材料微波减反射涂层性能的影响，通过对带超材料减反射涂层的塑料有限样品进行全波建模，表征ARC几何随机变异性对其性能的影响。
2026-08-20 astro-ph.IM physics.optics
Discrete dissipative localized modes in nonlinear magnetic metamaterials
我们分析了耗散离散局域模的存在性，稳定性和传播的一个和两个维的非线性晶格组成的弱耦合开口环谐振器（SRR）由外部电磁场激发。我们采用近场相互作用的方法来描述准静态的电和磁谐振器之间的相互作用，并证明了电耦合的至关重要性，它可以完全扭转谐振器之间的整体相互作用的符号。我们导出了有效的非线性模型，并分析了一维和二维晶格中激发的非线性局域模的性质。特别是，我们研究了非线性磁畴壁（所谓的开关波）分离两个不同状态的非线性磁化，并揭示了畴壁速度的依赖于外部磁场。然后，我们研究了二维局域模的非线性晶格的SRRs和证明，较大的域可能会经历调制不稳定性和分裂。
2011-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hybridization effect in coupled metamaterials
虽然超材料的发明引起了许多研究者的兴趣，并具有许多重要的应用，但其基本设计思想非常简单：由许多小的结构元件组成有效介质，并控制其人工电磁特性。根据有效介质模型，在某种程度上忽略了元之间的耦合相互作用，因此，超材料的有效性能可以被看作是“平均效应”的个别元素的谐振特性。然而，当元件被布置成超材料时，元件之间的耦合相互作用应该总是存在的。有时，特别是当元件非常接近时，这种耦合效应是不可忽略的，并且将对超材料的特性产生实质性影响。近年来，研究表明，超材料中谐振单元之间的相互作用可以导致一些传统非耦合超材料所不存在的新现象和有趣的应用。在本文中，我们将给出这些耦合超材料的最新进展。对于由几个相同的共振器组成的“元分子”，这些单元之间的耦合由于杂化而产生多个离散的共振模式。在包括无限数量的谐振器的“超晶体”的情况下，这些多个离散谐振可以通过强耦合扩展以形成连续频带。这种宽带和可调谐耦合超材料可能有有趣的应用。在未来，许多新型的超材料和纳米光子器件可以从耦合谐振器系统中开发出来。
2011-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Focusing: coming to the point in metamaterials
指出了几何光学在亚波长聚焦分析中的局限性。分析了线光源在麦克斯韦鱼眼透镜和Veselago-Pendry平板透镜中成像的分辨率。前一种光学介质是从虚球的赤平投影推导出来的，它的非均匀折射率n（r）与1+r^2的倒数成正比。后者由均匀但负的折射率描述。有人认为鱼眼镜头是一个没有负折射的完美镜头[Leonhardt，Philbin arxiv：0805.4778v2]。然而，我们指出，在这样的非均匀介质中的超分辨率的定义应计算相对于均匀介质中的波长，它可能是更充分地谈论共轭图像，而不是一个完美的图像（前者不一定包含源的倏逝分量）。我们数值计算发现，麦克斯韦鱼眼和厚银片透镜导致的分辨率接近λ/3的横向磁极化（电场指向垂直的平面）。我们注意到在后一个透镜中的像平面的移位。我们还观察到，两个源导致多个二次图像在前一个镜头，确认从光线沿测地线的虚拟球。我们进一步观察到的分辨率范围从λ/2到近λ/4的磁偶极子的横向电极化的强度（磁场指向正交的平面）的鱼眼内的偶极矩的不同方向。最后，我们分析了伊顿透镜的源和它的图像位于一个单位盘的空气，或在电晕1<r<2的折射率$n(r)=\sqrt{2/r-1}$。在这两种情况下，图像分辨率约为lambda/2。
2010-09-02 math-ph math.DG math.MP
Shrinking a gradient index lens antenna system with a spaceplate
本研究针对光学系统小型化难题，利用定制的非局域超材料空间板将23.5 GHz工作的GRIN透镜微波天线的馈源与透镜间距缩短近一半，辐射性能基本保持，为空间板的实际应用提供了首个功能系统验证。
2024-04-02 physics.app-ph physics.optics
A Quantum Graph Approach to Metamaterial Design
本研究提出量子图超材料设计方法，以周期量子图建模二维超材料，通过操控能带图设计特性，验证了折射与波束转向效果，为超材料设计提供了灵活的工具。
2023-06-09 math-ph math.MP physics.app-ph
