High-performance THz metamaterial absorber
我们展示了一种超宽带、偏振不敏感和宽角度的超材料吸收器，用于太赫兹（THz）频率，使用由金属-介质多层复合材料制成的截棱锥单元结构阵列。在我们的设计中，每个子层作为一个有效的波导行为是逐渐修改其横向宽度，以实现宽带响应，通过有效地拼接在一起的不同波导模式的谐振带。实验上，总厚度为21 μ m的五层样品在0.7 ~ 2.3THz范围内，最大测量角为40°时，吸收率可达80%以上。我们的器件的半峰全吸收宽度（FWHM）约为127%，大于先前报道的THz频率。我们的吸收体设计具有很高的实际可行性，可以很容易地与半导体技术集成，使高效率的THz导向器件。
2014-05-30 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
Active Manipulation of Electromagnetically Induced Transparency in a Terahertz Hybrid Metamaterial
太赫兹波段电磁感应透明（EIT）的超材料类似物在填补各种功能器件的太赫兹间隙方面具有诱人的前景。在本文中，我们提出了一种新型的混合超材料，以主动操纵共振强度的EIT效应。通过将单层石墨烯集成到THz金属超材料中，在石墨烯的不同费米能级下实现EIT透明窗口的开-关调制。根据经典的两粒子模型，结合电场和表面电荷密度的分布，将其物理机制归结为导电石墨烯的复合效应。这项工作揭示了一种新的操纵机制EIT共振的混合超材料，并提供了一个新的角度来设计太赫兹功能器件。
2018-03-18 physics.optics
High-Q terahertz metamaterial from superconducting niobium nitride films
在这封信中，我们提出了太赫兹（THz）超材料与低欧姆损耗的低温超导体氮化铌（NbN）薄膜。共振特性的特征在于太赫兹时域光谱。在8 K时，无载品质因数高达178，谐振频率约为0.58 THz，是相同结构金材料的24倍。无载品质因数也随谐振频率的增加而保持较高的值，在1.02 THz处约为90，接近NbN薄膜的带隙频率。所有这些实验观测都可以在Bardeen-Cooper-Schrieffer理论和等效电路模型的框架下得到很好的理解。我们的工作为设计和制造高性能THz电子器件提供了一种有效的方法。
2011-10-05 physics.optics
Anomalous Resonance Frequency Shift in Liquid Crystal-Loaded THz Metamaterials
通常假设并入有双液晶的光谱可调谐超材料的巴比涅互补图案呈现相同的调谐范围。在这里，我们表明，对于一个混合，太赫兹液晶-超材料，其谐振的折射率的变化的灵敏度基本上不同的两个互补模式。这是由于液晶的取向与图案中感应的局部电场的方向之间的失配。此外，更有趣的是，我们的实验数据表明，有可能将正超材料图案的共振移动到超出对准失配所施加的限制。我们的分析表明，所观察到的异常频移的结果从取向的光学非线性的双液晶。
2021-06-23 physics.optics
Phonon-polariton mediated dual electromagnetically induced transparency-like response in a THz metamaterial
本研究利用耦合卤化铅钙钛矿薄膜声子模式的微米级超材料，实现太赫兹频段可调谐类电磁诱导透明双响应，可在单/双EIT及传统强耦合态间切换，为可调谐太赫兹器件研发提供新途径。
2025-09-02 physics.optics
Sub-cycle control of terahertz waveform polarization using all-optically induced transient metamaterials
频率范围从0.3到30 THz的相干辐射最近已经可以通过飞秒激光技术获得。太赫兹（THz）波已经在光谱学和成像中找到了许多应用，并且可以使用静态光学元件（如透镜，偏振器和滤波器）来操纵它们。然而，也需要THz辐射的超快调制，例如在短距离无线通信中或用于制备成形的THz瞬变以用于许多材料激发的相干控制。在这里，我们展示了一种全光学创建的瞬态超材料，允许子周期精度操纵太赫兹波形的偏振。偏振调制脉冲在控制晶格振动、分子旋转和自旋进动等基本运动方面具有潜在的应用价值。
2013-06-29 physics.optics
Substrate-free THz focal plane metamaterial array with high absorption ratio
具有光学读出功能的微机电系统（MEMS）焦平面阵列（FPA）为实时太赫兹（THz）成像提供了令人兴奋的机会。然而，传统的焦平面阵列太赫兹吸收率低，这进一步降低了太赫兹成像的性能。在这里，我们提出了一个简单的和可扩展的方法来实现太赫兹焦平面超材料阵列具有相对较高的吸收率。其关键思想是将无衬底结构的优点与超材料结合起来。设计、制作了一个150 × 150 μm像素的100 × 100 THz焦平面阵列。研究了SiNx介质衬底薄膜厚度对太赫兹吸收率的影响。所制备的焦平面阵列在1.36 THz处具有90.6%的谐振吸收，与理论模拟结果相当吻合。我们的研究结果表明，这种无衬底的太赫兹焦平面超材料阵列能够实现太赫兹成像。
2020-11-27 physics.app-ph physics.optics
Superradiantly limited linewidth in complementary THz metamaterials on Si-membranes
我们研究互补双开口环太赫兹谐振器上制作的10妈妈薄硅膜。基本LC模式和偶极模式的线宽随着谐振器间距的增加而急剧变窄。提取的LC模式的衰减率作为谐振器密度的函数示出了线性依赖性，证明了谐振器阵列的集体超辐射效应。此外，我们表明，超材料可以被设计为在高谐振器密度下，即在超材料条件下，谐振的低超辐射展宽。使用薄膜作为基底是至关重要的，因为它将THz表面等离子体激元模式转移到更高的频率，防止它们耦合到LC模式，并揭示了大范围晶格间距的超辐射加宽机制。在较高的频率下，在不干扰高Q LC模式的情况下，在Si膜中形成我们归因于光子晶体模式的其他附加模式。我们映射的角度依赖的能带结构，并显示相应的模拟电场分布。
2019-10-02 physics.optics
Extremely Nonperturbative Nonlinearities in GaAs Driven by Atomically Strong Terahertz Fields in Gold Metamaterials
金超材料的太赫兹近场共振频率为$0.88\,\rm THz$，使我们能够进入非微扰超快THz电子学的极限：达到keV范围内有质动力能量的场被用来驱动非破坏性的准静态带间隧穿和未掺杂体GaAs中的碰撞电离，注入密度超过$10^{19}\,\rm cm^{-3}$的电子空穴等离子体。该过程在能量高达带隙以上的$0.5\,\rm eV$处引起明亮的发光，并且引起伴随着所传输的几个周期THz瞬变的自幅度调制的超材料共振的完全关闭。我们的研究结果铺平了道路，高度非线性太赫兹光学和亚皮秒开关时间的光电纳米电路。
2016-04-14 physics.optics
Tunable Metamaterials Fabricated by Fiber Drawing
我们展示了一个实用的可扩展的方法来制造可调超材料。这种超材料是为太赫兹波长设计的，它由聚氨酯组成，聚氨酯中填充了一系列铟线，这些铟线使用了成熟的光纤拉伸技术。超材料的尺寸的修改提供了可调谐性：通过压缩超材料，我们使用THz时域光谱证明了50%的等离子体频移。释放压缩允许超材料返回到其原始尺寸和等离子体频率，证明了动态可逆可调性。
2017-06-07 physics.optics
Tunable Terahertz Amplification Based on Photoexcited Active Graphene Hyperbolic Metamaterials
在太赫兹（THz）频率下的电磁辐射的有效放大和激射是主要通过具有有限可调谐性和窄带功能的量子级联激光器配置实现的非平凡任务。存在对在宽频率范围内具有可重构操作的紧凑且高效的THz电磁源的强烈需求。光激发石墨烯可以作为增益介质，在低THz频率下产生相干辐射，但由于其厚度太薄，其响应非常弱。在这项工作中，我们展示了一种替代设计，以实现有效的可调谐和紧凑的太赫兹放大器和激光器的宽带操作的基础上，主动太赫兹双曲超材料（HMM）设计的多个堆叠的光激发石墨烯层由薄电介质片分离。双曲太赫兹响应的建议的双曲有源隐马尔可夫模型的解析和数值研究和特点。当基于石墨烯的HMM结构被周期性地图案化时，由于双曲色散，宽带慢波传播机制被识别。在这种情况下，可重构放大的太赫兹波在一个很宽的频率范围内获得，这可以通过改变石墨烯的准费米能级可调。我们证明了所提出的可调谐太赫兹放大器或激光器的太赫兹响应由入射光泵浦（光掺杂）和HMM波导阵列中的加载电介质材料控制，这是一个有趣的特性，可以具有太赫兹放大，发射和传感应用的巨大潜力。
2018-11-15 physics.optics
Sensing with THz metamaterial absorbers
从微波到电磁波谱的光学部分的超材料完美吸收器由于其吸收电磁辐射的能力而被深入研究。超材料对光的完美吸收为面向应用的功能（如高效传感器和发射器）开辟了新的机会。我们提出了一种基于吸收体的太赫兹频率传感方案，并讨论了优化设计，以实现高频率和幅度的灵敏度。作为传感器的理想超材料吸收体的主要优点是吸收体共振频率的灵敏偏移以及共振振幅的急剧变化，这是由于分析物与处于共振理想吸收频率的电场和磁场的强相互作用。我们比较了完美的超材料吸收体的传感性能与其互补的结构设计和平面超表面具有相同的结构。对于这里的吸收体传感器获得的最佳FoM值是2.67，我们发现其显著高于相同的平面超材料谐振器设计。我们进一步表明，传感器的灵敏度取决于分析物的厚度与获得的最佳灵敏度值接近λ/4 n的厚度，λ是自由空间共振波长和n是分析物的折射率。由于几种材料在太赫兹频率下具有独特的光谱特征，因此超材料吸收体作为太赫兹光谱域中的传感器的应用将具有巨大的意义。
2014-08-16 physics.optics
Wafer-level substrate-free low-stress silicon nitride platform for THz metadevices and monolithically integrated narrowband metamaterial absorbers
太赫兹（THz）晶圆级元器件的实现对于推进应用科学至关重要，包括（I）集成焦平面阵列，可用于生物学成像和（II）集成窄带吸收体用于高光谱分辨率THz光谱学。太赫兹超材料的发展已经取得了实质性的进展，然而，晶圆级低应力太赫兹元器件平台仍然是一个挑战。本文实验演示了一个无衬底的太赫兹元器件平台，采用工程富硅和低应力氮化硅（SiNx）薄膜，实现了广泛的太赫兹透明度高达f = 2.5太赫兹。首次从洛伦兹模型出发，提出了一种新的解析模型，该模型可以准确预测金属-绝缘体-金属（MIM）超材料吸收体的光谱响应。该模型在太赫兹范围内进行了实验验证，并利用太赫兹吸收剂的第一次演示，表现出接近预测结果的性能。我们的研究结果表明，晶圆级SiNx平台将加速大规模，复杂的无衬底太赫兹元器件的发展。Lorentz模型及其二次模型将是设计THz元器件的一种非常实用的方法。
2022-10-18 physics.app-ph physics.optics
Dualband and Tripleband Metamaterial absorber in WR1 band and Lower TeraHertz frequencies
0.5 THz至1.1 THz的频段（WR1.5和WR1）是6G中最有前途的频段之一。在本文中，我们提出了一种新的超材料吸收适用于在TE模式下的较低的WR1频率。或者，该设计可以用作较低太赫兹频率下的强吸收体。此外，当在TM模式下使用时，吸收体在较高的WR1波段作为理想吸收体工作。
2022-03-25 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
Extended Malus' Law with THz metallic metamaterials for sensitive detection with giant tunable quality factor
我们研究了偏振器分析器安装的太赫兹制度与完美的导电金属偏振器制成的周期性亚波长图案。我们解析地研究了在起偏器和检偏器之间发生的多次反射对透射响应的影响。我们证明，这种相互作用导致修改后的传输响应：扩展的Malus定律。此外，我们还证明了透射响应可以通过起偏器和检偏器之间的距离来控制。对于特定的设置，安装表现出极其敏感的传输响应。这一有趣的特性可用于高精度传感和表征应用。我们特别提出了一种通用的设计，用于测量电光响应的材料在太赫兹域允许检测的折射率变化小到$10^{-5}$。
2016-01-26 physics.optics
Towards loss compensated and lasing terahertz metamaterials based on optically pumped graphene
数值计算表明，光泵石墨烯适合于补偿太赫兹（THz）超材料的固有损耗。第一步，计算了光泵浦下石墨烯的复电导率，确定了单层石墨烯中太赫兹放大的合适条件。它示出，在石墨烯中发生放大的温度高达室温和中等泵浦强度时，在电信波长$λ=1.5~\mathrm{μm}$泵浦。此外，石墨烯的放大性能进行了评估和讨论，在温度低至$T=77~\mathrm{K}$和泵浦强度$I=300~\mathrm{mW/mm^2}$调查石墨烯和等离子体裂环谐振器（SRR）超材料之间的耦合。欧姆和介质损耗机制的贡献进行了研究，通过全波模拟。结果发现，开口环谐振器超材料的损耗可以通过石墨烯中的光受激放大来补偿。此外，它表明，由非对称开口环谐振器和光泵石墨烯组成的混合材料可以超过激光阈值条件，并可以发出相干太赫兹辐射在最小输出功率水平的$6 0~\mathrm{nW/mm^2}$。光泵石墨烯的使用非常适合于太赫兹超材料的损耗补偿，并为新型相干太赫兹源铺平了道路。
2013-12-10 physics.optics
Composite THz materials using aligned metallic and semiconductor microwires, experiments and interpretation
我们报告的制造方法和太赫兹特性的复合膜含有对齐的金属（锡合金）微丝或硫属化物As 2Se 3微丝。微导线阵列是由堆叠和拉伸光纤制造技术，使用多步共拉低熔点金属或半导体玻璃与聚合物一起。然后将纤维堆叠在一起并压制成复合膜。通过超材料薄膜的传输研究在整个太赫兹范围内（0.1-20太赫兹）使用FTIR和TDS的组合。含金属的超材料被发现具有强偏振特性，而含半导体的材料是偏振无关的，并且可以具有可设计的高折射率。利用传输矩阵理论，我们展示了如何反演复合薄膜的复偏振相关折射率。然后，我们详细的自洽算法检索的光学性能的金属合金的超材料层的制造中使用的有效介质近似。最后，我们通过比较使用2，3和4个连续图纸制作的样品，研究了通过重复堆叠和绘制过程制造亚微米金属线的超材料的挑战。当使用金属合金时，我们观察到相分离效应和纳米网格在小金属线上的形成。
2010-09-14 physics.optics
Metamaterial-based octave-wide terahertz bandpass filters
提出了一种基于双层超材料（BLMM）结构的太赫兹（THz）波段倍频程带通滤波器。通带区域具有超高斯形状，最大透过率接近70%，典型阻带抑制为20 dB。该设计基于由沉积在透明聚合物上的金属方孔阵列组成的超颖表面，该透明聚合物堆叠在具有亚波长间隔的相同超颖表面的顶部。使用时域有限差分（FDTD）模拟设计叠加的超颖表面结构，并使用光刻工艺制造。这些结构之间的0.3至5.8太赫兹的实验特性进行与时域太赫兹光谱系统。实验和模拟结果之间有很好的一致性。我们还表明，两个叠加的BLMM（2BLMM）设备的滚降的陡度增加到超过85 dB/倍频程，并使一个优秀的阻带抑制接近40 dB，而最大透射率保持在64%以上。这项工作为新的THz应用铺平了道路，包括检测以特定频率为中心的THz脉冲，以及增强对分子振动的时间分辨检测灵敏度，这些分子振动是由强非共振驱动场主导的噪声。
2022-08-17 physics.optics
Ultra-wideband THz/IR Metamaterial Absorber based on Doped Silicon
基于超材料的吸收体在太赫兹（THz）范围内得到了广泛的研究，其性能不断提高。在本文中，我们提出了一种基于掺杂硅的全介质太赫兹吸收体。该单元电池由一个硅交叉谐振器与内部十字形空气腔。数值结果表明，该吸收体可以从太赫兹到中红外工作，在0.6和10太赫兹之间具有>95%的平均功率吸收。使用太赫兹时域光谱的实验结果显示出良好的协议与模拟。宽带反射的基本机制归因于由硅谐振器和衬底中的体吸收形成的多个腔模式的组合效应，如模拟场图案所证实的。这种超宽带吸收是偏振不敏感的，并且可以在很宽的入射角范围内工作。所提出的吸收体可以容易地集成到基于硅的平台中，并且预计将用于传感、成像、能量收集和无线通信系统。
2018-09-26 physics.app-ph physics.optics
Dynamically tunable metamaterial analogue of electromagnetically induced transparency with graphene in the terahertz regime
提出了一种在太赫兹波段实现动态可调谐电磁感应透明（EIT）模拟的新机制。通过将电可控单层石墨烯置于暗谐振器下方，可以通过改变石墨烯的费米能级来基本上调制金属基超材料中的EIT谐振的幅度。振幅调制可以归因于由导电石墨烯的复合效应引起的暗模式的阻尼率的变化。该工作为实现可调谐慢光效应提供了一种新的途径，在太赫兹无线通信中具有潜在的应用价值。
2017-12-15 physics.optics
Reversible modulation and ultrafast dynamics of THz resonances in strongly photoexcited metamaterials
我们证明了一个超快的可逆调制共振太赫兹（THz）响应在强光激发的超材料。偶极跃迁~1.6 THz的瞬态谱-时响应随泵浦能量密度的变化呈现明显的非单调变化。跃迁能移、强度、谱宽和密度依赖的超快弛豫表明初始猝灭后共振态的显著再现。我们的模拟，结合从光致瞬态光栅的一阶衍射，再现的显着特点，为设计非线性和频率捷变太赫兹调制器提供了一种新的途径。
2011-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
Extrinsic electromagnetic chirality in all-photodesigned one-dimensional THz metamaterials
我们认为，全光设计的超材料，在半导体上的光激发载流子的亚波长定制图案，可以显示一个奇异的太赫兹（THz）频率范围内的非本征电磁手征。我们考虑一个光致图案表现出一维几何手性，即它的镜像不能叠加到自己的平移没有旋转，在长波长的限制，我们评估其双各向异性响应。光诱导的非本征手性原来是完全可重构的，通过重铸的光学照明，支持光激发的载流子。全光设计技术是实现有效物质功能化的一种可行、简单和有效的方法，结合手性不对称性，它可能成为新一代可重构太赫兹波偏振操纵器件的平台。
2016-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Blueshift and Phase tunability in planar metamaterials with toroidal contribution
我们提出了一个可调谐太赫兹超材料的模型。其主要优点是共振蓝移和相位可调谐性，由于在平面金属超分子与纳入硅感应夹杂物的环形激发。
2017-02-28 physics.optics
Unveiling nonlinearities of electromagnetically induced transparency in a THz metamaterial
本研究通过非线性二维太赫兹光谱揭示了超材料中电磁诱导透明性的非线性特性，发现明亮模式弛豫时间与能量交换时间的关系，并通过密度矩阵模型解释了透明窗口的起源。
2025-12-17 cond-mat.other 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
Strong-Field Terahertz Control of Plasmon Induced Opacity in Photoexcited Metamaterial
一种由辐射缝隙天线和次辐射互补开口环谐振器组成的太赫兹超材料，由于耦合振子亮模和暗模之间的相消干涉，在很窄的光谱范围内表现出等离子体激元诱导的不透明性。飞秒光激发瞬间淬灭模式耦合和等离子体激元振荡，将光载流子注入超材料中。耦合超材料中的等离子体共振被强太赫兹脉冲瞬时恢复。强太赫兹场诱导光生载流子的谷间散射和带间隧穿，并实现光生载流子迁移率的显著降低。非线性太赫兹相互作用的超快动力学揭示了光生载流子和等离子体激元振荡之间复杂的相互作用。等离子体激元振荡的高场THz控制意味着超高速等离子体激元的潜在应用。
2020-09-03 physics.optics
Roadmap for label-free imaging with microsphere superlens and metamaterial solid immersion lens
2011年，微球超透镜的超分辨率成像作为一种简单而有效的方法出现，以克服限制传统透镜分辨率的衍射极限。自那时以来，已经取得了重大进展。主要进展包括扫描超透镜系统的发展，超材料固体浸没透镜（mSIL），超分辨率物理和生物超透镜将被讨论。然后讨论了挑战和解决方案。
2021-08-20 physics.optics
Exact modeling method for discrete finite metamaterial lens
我们描述了一个有效的严格的模型，适用于计算有限的超材料样品的属性，它考虑到基于电容加载环形谐振器的超材料的离散结构。我们说明了这个模型是如何具体适用于磁共振成像中采用的超材料透镜。我们表明，离散模型揭示了可以错过的效果，一个连续的模型的基础上有效的参数，结果与实验数据是非常吻合的。
2009-12-03 physics.optics
Topological insulator-based Dirac hyperbolic metamaterial with large mode indices
双曲型超材料（Hyperbolic Metamaterials，简称HHMF）是一种具有双曲型等轴表面的工程材料，能够实现一系列新的现象和应用，包括负折射、增强传感、亚衍射成像、聚焦和波导。由于其组成材料的固有性质，现有的HISTORY主要在可见光和红外光谱范围内工作。在这里，我们展示了太赫兹范围的狄拉克HMM使用拓扑绝缘体（TI）作为积木。我们发现，该结构的房屋高达三个高波矢体积等离子体激元（VPP）模式，与传输矩阵建模一致。VPP具有范围从126到531的模式指数，比在传统介质中观察到的VPP模式大10- 100倍，同时保持相当的品质因数。我们将这些性质归因于占据拓扑绝缘体表面态的电子的二维狄拉克性质。由于这些是范德华材料，这些结构可以在各种衬底上以晶片规模生长，使它们能够与现有的THz结构集成，并实现下一代THz光学器件。
2022-09-17 physics.optics
Ultimate resolution of indefinite metamaterial flat lenses
我们发现，任何金属介质多层与双曲型色散关系，实际上可以用一个复杂的有效折射率。从复杂的布洛赫能带图中提取的折射率可以直接与由这种所谓的无限超材料制成的平面透镜的超分辨率相关联。这允许透镜设计的系统优化，从而导致性能优于最先进的平面透镜的结构。我们表明，即使充分考虑吸收，我们的设计提供了超分辨图像的可见光从透镜边缘的一个波长的距离。
2013-07-16 physics.optics
Design and Optimization of a Metamaterial Absorber for Solar Energy Harvesting in the THz Frequency Range
本文设计并优化了一种基于金、二氧化钒和二氧化硅的三层超材料吸收器，在2.414–5.417 THz宽带范围内实现超过90%的高效、偏振不敏感太阳能吸收。
2025-07-17 cs.SY eess.SY physics.optics
THz-TDS time-trace analysis for the extraction of material and metamaterial parameters
我们报告的方法和相关的开源软件，适合@TDS，在一台普通的个人电脑上工作。该方法基于太赫兹时域光谱系统的时间跟踪数据的拟合，使得能够检索电介质样品的折射率和超表面的谐振参数（品质因数、吸收损耗等）。该软件包括从频域数据中提取折射率的常用方法。然而，这些方法是有限的，例如在高噪声水平的情况下或者当吸收峰使吸收光谱饱和从而使信号达到噪声水平时。我们的软件允许使用一种新的方法，其中折射率直接从时间轨迹拟合。其思想是通过参数物理模型（Drude-Lorentz模型和时域耦合模理论）对材料或超材料进行建模，并在传播模型中实现随后的折射率以模拟时间轨迹。然后，使用优化算法来检索与所研究的材料/超材料相对应的模型的参数。本文对该方法进行了解释，并在虚拟样本上进行了测试，以探讨该模型的可行性和可靠性。最后，我们使用Fit@TDS对石英上的高电阻率硅、乳糖和金超颖表面的实际样品进行测试，以显示我们的方法的能力
2019-01-08 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
Three Dimensional Broadband Tunable Terahertz Metamaterials
我们提出了在太赫兹（THz）频率下的光学可调谐磁性三维超材料，其调谐范围为谐振频率的30%。这是通过制造3D阵列结构组成的双开口环谐振器（DSRR）的硅上蓝宝石，使用多层电镀制造。在DSRR的电容区域内的硅中的自由载流子的光激发导致谐振频率从1.74 THz到1.16 THz的红移。所观察到的频率偏移导致从磁到双各向异性响应的过渡，通过电磁模拟和参数检索验证。我们的方法扩展了动态超材料调谐到磁控制，并可能在开关和调制，偏振控制，或可调谐完美吸收器中找到应用。
2013-01-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Reverse Chromatic Aberration and its Numerical Optimization in a Metamaterial Lens
在平面超材料透镜中，焦点随频率移动。这里，它是数字显示，这种运动可以通过适当的工程的超材料为基础的移相器，构成透镜的尺寸控制。特别地，这样的透镜可以被设计成呈现出不寻常的色差，其中焦距随着频率而增加，而不是减小。有人提出，这样的人工“反向”色差可以优化等离子体的毫米波诊断的横向分辨率，并在补偿光学系统中的其他组件的自然“普通”色差是有用的。更一般地，优化的色差将允许同时聚焦在位于不同距离处并且以不同频率发射或反射的若干物体上。
2013-02-28 physics.optics
Active control of broadband plasmon-induced transparency in terahertz hybrid metal-graphene metamaterial
报道了一种金属-石墨烯混合超材料（MM），用于实现THz波段宽带等离子体激元诱导透明（PIT）的主动控制。单胞由一根切割线（CW）、四个U形谐振器（USR）和USR下的单层石墨烯片组成。通过近场耦合，可以通过不同模式之间的干涉产生宽带PIT。基于石墨烯位置的不同排列，不仅可以实现宽带PIT幅度的电开关，还可以实现透明窗口带宽的调制。同时，慢光的能力和范围都可以动态地调节。这项工作提供了更多的自由度来操纵PIT的方案，这将在多功能THz调制中找到重要的应用。
2018-06-01 physics.optics
A detailed study on novel metamaterial absorber at WR3 band
30至300 GHz的频带，被称为毫米波段，与6 GHz以下的频带相比，提供100倍的带宽。在这项研究中，我们提出了一种新的设计，它作为一个近单位吸收器在258 GHz或0.258太赫兹的Y偏振和292 GHz或0.292太赫兹的X偏振。该研究还包括在X和Y偏振的谐振频率，这使我们能够使用相同的设计与修改后的参数，以获得在205至345 GHz的频率接近单位吸收率的参数变化的影响。此外，我们还讨论了更高的频率模式，特别是出现在Y偏振和改变设计的内部平方尺寸。
2022-03-29 physics.optics
Quantitative exploration of the absorber behavior of metal-insulator-metal metamaterials within terahertz via an asymmetric peak model
太赫兹（THz）超材料由于其独特的吸收体而被开发用于THz传感、探测、成像和许多其他功能。然而，异常的吸收光谱随着入射角的不同而变化。因此，我们设计并制作了一个具有金属-绝缘体-金属（MIM）结构超材料吸收体的焦平面阵列。利用太赫兹时域光谱仪（THz-TDS）测量了入射角为20 ° ~ 60 °时的吸收光谱，实验结果表明吸收光谱随入射角的变化而变化。在这项研究中，开发了一个基本的分析非对称峰模型提取吸收频率特性，定量地探讨这种变化的吸收器的行为与入射角。最好的结果是，对应于最高吸收的频率可以很容易地找到使用这个峰值模型。实验数据与非对称峰模型的验证一致。此外，第二个模型定量相关的入射角的参数被发现，允许预测的吸收光谱的位移和变化。基于二次模型的推导，预测了在特定入射角下的吸收光谱具有谷型吸收曲线。所提出的提取方法的基本特征是，它可以应用于任何基于物理的MIM超材料系统。这样的模型将指导太赫兹超材料吸收器，传感器，成像器和许多其他的设计和优化。
2022-02-25 physics.app-ph physics.optics
A Random Access Reconfigurable Metamaterial and a Tunable Flat Lens
控制超材料结构中的单个超分子的谐振特性的能力将为动态地成形电磁辐射的波前提供最终的自由度，用于诸如可变像差校正平面透镜、动态全息图以及空间强度和相位调制器的应用。在这里，我们报告的第一个示范的超材料，其中每个单独的超分子的谐振特性可以连续控制，从而提供了一个最终的自由，在实现微波辐射的电磁波阵面的动态控制。我们称之为随机存取可重构超材料（RARM）。为了实现RARM，我们使用微流体技术以精确的方式创建了一系列充满液态金属的腔体。所开发的RARM用于提供可调谐平面透镜的第一个演示。
2014-06-11 physics.optics
THz meta-foil - a new photonic material
看得更清楚或变得不可见是强烈推动太赫兹超材料发展的愿景。弦是超材料的优选结构，因为它们沿着一个维度连续延伸。在这里，我们证明了横向互连串的结构元件，放置在振荡节点，如不淬灭电磁谐振，使自支撑的独立的全金属超材料的制造。直立的S弦，通过杆相互连接，形成一个空间网格，我们称之为元箔。通过这种方式，我们在超材料的“原子”之间引入了结合，从而消除了传统的“冻结解决方案”，如基质嵌入或基底上的薄膜。元箔是局部刚性的，但全局柔性。即使弯曲成半径为1厘米的圆柱体，它们也能保持其光谱响应，从而成为曲面上真正的超材料。利用UV/X射线光刻和最终的塑料成型，元箔可以大面积和大批量地成本有效地制造，以用作光学元件。
2009-09-23 physics.ins-det physics.optics
Strategies to enhance THz harmonic generation combining multilayered, gated, and metamaterial-based architectures
本研究通过结合多层设计、电门控和金属超表面基底，增强石墨烯基结构中的太赫兹三次谐波产生，实验测得增强因子超三十，并提出了可实现两个数量级增强的架构，推动太赫兹频率转换技术发展。
2024-05-27 physics.app-ph 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
Strong and Broadband Pure Optical Activity in 3D Printed THz Chiral Metamaterials
旋光性（光的偏振旋转）是手性介质最期望的特征之一，因为它对于许多偏振相关的应用是重要的。然而，在太赫兹区域，具有强旋光性的手性介质在自然界中是不可用的。在这里，我们从理论上和实验上研究了手性超材料结构组成的对垂直U形谐振器的“扭曲”的武器，我们发现，它表现出大的纯光学活性（即光学活性与可忽略不计的透射波椭圆率）在低太赫兹制度。实验数据表明，偏振旋转高达25（度）的不匹配带宽为1太赫兹（相对带宽80%），从130微米厚度的结构，而理论优化表明，旋转可以达到45（度）。通过等效RLC电路模型分析了该结构的增强手征响应，为增强其手征响应提供了简单的优化规则。所提出的手性结构允许通过直接激光写入和无电镀金属镀容易地制造，使它们成为偏振控制应用的合适候选者。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph 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
An On-Chip Continuous Wave Terahertz Spectrometer
连续波（CW）太赫兹光谱是一种很有前途的高精度光谱工具，可用于生物、化学和固态等各种样品的检测。然而，经常会感兴趣的是，检查孤立的样品，从扩大光谱特征的整体效应。在这种形式中，具有低浓度吸收剂的样品具有减小的截面，使得与外部驱动场的耦合成为挑战。通过利用太赫兹超材料，可以借用表面增强拉曼光谱的概念来限制和集中太赫兹场，以增加具有小截面的样品的灵敏度。我们的工作结合了高速光电二极管技术和太赫兹超材料，为这一挑战提供了解决方案。我们在这里提出了一个概念验证的芯片上太赫兹光谱仪集成超材料波导。
2022-12-05 physics.ins-det physics.optics
Intracavity THz generation using a thin lithium niobate plate in a compact Kerr-lens mode-locked Yb:CALGO bulk oscillator
Ruhr-Universität Bochum（鲁尔大学）；Vilnius University Laser Research Center（维尔纽斯大学激光研究中心）；Helmut-Schmidt-Universität（赫尔穆特·施密特大学）
本研究在紧凑型克尔透镜锁模Yb:CALGO固体振荡器中，利用50微米厚铌酸锂片通过光整流实现腔内太赫兹产生，获85 MHz重复频率、120 W太赫兹功率，为高重复频率太赫兹时域光谱系统提供了替代方案。
2026-09-21 physics.optics
Dielectric Metamaterials with Toroidal Dipolar Response
环向多极子是标准多极子展开式中缺少的项;它们通常由于与电磁场的耦合相对较弱而被忽略。在这里，我们提出并从理论上研究了一个特殊的类，代表一个简单的电磁系统，支持环形偶极激发在太赫兹部分的频谱的全介质超材料。我们发现，这种超材料的共振透射和反射是由环形偶极子散射，忽略这将导致一个误解的超材料宏观响应的解释占主导地位。由于环形模式的独特场配置，所提出的超材料可以作为传感或增强光吸收和光学非线性的平台。
2014-07-02 physics.optics
Ultrathin Terahertz Planar Lenses
传统的光学元件通过调整光路长度来对传播光的波前进行整形，这需要使用相当厚的透镜，特别是由于太赫兹（THz）辐射的波长较长而需要使用相当厚的透镜来进行太赫兹辐射的调整。基于天线谐振的界面相位调制原理，设计并制作了两个100 MHz平面透镜。透镜厚度被极大地减小到100 nm，这仅是照明光波长的1/4000。实验证明了透镜的聚焦和成像功能。本文所述的双折射光学组件是朝着微集成THz系统的发展迈出的重要一步。
2012-06-29 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
