Homogenization of resonant chiral metamaterials
超材料的均匀化是一个至关重要的问题，因为它允许根据有效波参数（例如传播常数）来描述它们的光学响应。在本文中，我们考虑可能的均匀化的手征超材料。我们发现，对于一定大小的元原子存在一个临界密度以上，增加相邻元原子之间的耦合盛行合理的均匀化。相反，过量的稀释将引起类似于光子晶体的特征，其同样盛行均匀化。基于布洛赫模色散，我们介绍了一个分析标准进行均匀化和工具来预测均匀化的限制。我们发现，手性超材料的元原子之间的强耦合可能会阻止它们的均匀化。
2010-08-25 physics.optics
Switching a plasma-like metamaterial via embedded resonant atoms exhibiting electromagnetically induced transparency
我们从理论上证明了当入射辐射的电场平行于纳米棒时，由对齐的金属纳米棒组成的超材料的等离子体样有效响应的控制。通过将这种超材料嵌入相干原子/分子介质中，例如浸没在钠蒸气中的银纳米棒阵列，我们可以使超材料在其等离子体频率以下的禁频区域透射。这种现象通过在背景介质中具有洛伦兹吸收体或其他相干过程（如受激拉曼吸收）来实现，其在谐振附近提供大的正介电常数，从而使有效介电常数为正。特别是，电磁感应透明等过程可以提供额外的控制来切换和调谐新的传输频带。
2009-08-22 physics.optics
Composites of resonant dielectric rods: A test of their behavior as metamaterial refractive elements
我们报告的光波在高折射率介质棒的复合材料中的传播的数值实验，在其第一电和磁米氏共振激发的频率。这些粒子的阵列已被广泛研究，并提出作为非吸收和各向同性的超材料。我们发现，负折射，观察到有序的颗粒阵列，是由于衍射和有效介质理论产生的本构参数，不重现这些复合材料中的观察，其传输也取决于样品的形状。这进一步证实了无序的阵列，在这种情况下，出现大的传输损耗，由于消光的共振散射的颗粒。因此，这些复合材料虽然吸收很少，但由于散射而具有大的消光。
2012-02-03 physics.optics
Resonant metamaterial absorbers for infrared spectral filtering: quasimodal analysis, design, fabrication and characterization
本文对金属-绝缘体-金属（MIM）基超材料在远红外波段的模态进行了分析。这些结构可以用作共振反射带切光谱滤波器，其独立于偏振和入射方向，因为准模式（与复频率相关联的模式）的激发导致准全吸收。我们制作了大面积的样品上的Si/Cr层沉积在硅衬底上的铬纳米棒光栅和测量傅里叶变换分光光度法显示出良好的协议与有限元模拟。准模态展开方法的开发，以获得降阶模型，适合非常好的全波模拟，并突出了激发条件的模式。
2014-02-03 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
Quadrupole Mie-resonant metamaterial
本文提出支持四极磁化的 Mie 共振超材料，结合实验与兼顾色散、边界条件的理论模型，证明其可产生独特反射/透射谱及正入射零反射。
2025-03-18 physics.optics
Comparison of gold- and graphene-based resonant nano-structures for terahertz metamaterials and an ultra-thin graphene-based modulator
石墨烯表现出独特的材料特性，在电磁波技术中，它提出了将设备小型化到原子长度尺度的前景。在这里，我们研究了由石墨烯制成的开口环谐振器超材料，并将其与金基超材料进行了比较。我们发现，石墨烯的巨大的反应性响应来自其大的动力学电感允许深亚波长共振，虽然其共振强度降低，由于更高的耗散损耗阻尼和更小的偶极耦合。然而，紧密堆叠的石墨烯环可以提供负磁导率，并且石墨烯元原子的电偶极共振变得令人惊讶地强。基于这些发现，我们提出了一种太赫兹调制器的超材料的基础上，交替图案化的石墨烯片的多层堆叠的介电间隔物分开。相邻的石墨烯片彼此偏置，导致在约90%的透射水平下超过75%的调制深度。
2014-10-20 physics.optics
Gaussian Beams in Near-Zero Transition Metamaterials
我们从理论和数值上研究了高斯光束在正-零-负折射率和正-零-正折射率两种过渡型超材料中的共振场增强现象，并证明了这两种情况下的强局域共振场增强。该研究在纳米光学、亚波长成像、纳米加工等领域具有重要的应用价值，为研究更复杂的矢量和涡旋光束在梯度折射率材料中的传输奠定了基础。
2012-08-01 physics.optics
Enhanced Directional Quantum Emission by Tunable Topological Doubly-Resonant Cavities
如何利用拓扑微腔来控制量子发射是光学界正在研究的课题之一。本文研究了双共振拓扑Tamm微腔中量子发射体的发射，根据实际应用的需要，这种微腔可以同时实现两个任意波长的双共振.为了实现这种腔中量子发射的增强，我们利用了可调谐双谐振模式，其中一个谐振模式对应于泵浦激光波长，另一个位于量子发射器的发射波长。理论和实验结果表明，量子发射体的泵浦激发和发射效率都得到了极大的提高。其主要物理机制可用双谐振腔时间耦合模理论来解释。此外，我们观察到更快的发射速率和更高的效率的单向量子发射，这在光学检测，传感，滤波和发光器件中有很好的应用前景。
2021-08-04 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
Switchable metamaterial reflector/absorber for different polarized electromagnetic waves
我们展示了一个可控的电磁波反射器/吸收器的不同极化与超材料涉及电磁谐振结构耦合二极管。通过在不同的电压下偏置来接通和关断二极管，我们能够在特定偏振入射波的几乎全反射和全吸收之间切换结构。通过布置正交取向的谐振单元，超材料可以通过选择性地偏置对应的二极管来对不同的极化波做出反应。数值模拟和微波测量都验证了该方法的有效性。
2010-10-21 physics.optics
Quadratic Soliton Combs in Doubly-Resonant Second-Harmonic Generation
本文对色散二次谐波腔系统中的二次频率梳进行了理论研究。我们确定了不同的动力学制度，并证明了相同的系统可以表现出明亮和黑暗的本地化腔孤子的时间走离的情况下。
2018-12-13 physics.optics
Polarization modulation by tunable electromagnetic metamaterial reflector/absorber
提出了一种利用可调谐超材料反射/吸收器反射电磁波的偏振调制方案。通过构造由二极管耦合的谐振单元的超材料，我们证明了正交偏振入射波的电磁反射可以通过调节相应二极管上的偏置电压来独立地调谐。由于这一特性，反射的电磁波可以被电控制成在谐振频率处具有从0 °到90 °的连续可调方位角的线偏振，或者在离开谐振频率时具有可调主轴方位角的椭圆偏振。通过数值模拟和微波波段的实验测量，验证了所提出的性质，这使我们能够灵活地电调制电磁波的偏振态。
2010-10-21 physics.optics
Compact infrared continuous-wave double-pass single-frequency doubly-resonant OPO
我们展示了一个紧凑的连续波单频双谐振光学参量振荡器（DRO）在双程泵浦配置与反射波之间的相对相位的控制。嵌套的DRO腔允许单纵模工作，同时具有低阈值和高效率。热效应通过斩波泵浦光束来管理，允许连续调谐发射波长。红外闲频波（3200-3800 nm）可用于气体检测，阈值泵浦功率与二极管泵浦兼容。
2014-07-22 physics.optics
Doubly resonant second-harmonic generation of a vortex beam from a bound state in the continuum
实现高品质因数的双谐振腔可以大大增强非线性材料中的二次谐波产生。然而，在光子晶体（PhC）腔中实现这种双共振条件是一个长期的挑战，因为在两个频率附近的光子带隙的工程困难。在这里，通过实现连续（BIC）中的二次谐波束缚态，并限制它与异质结构的设计，我们显示了第一个双谐振PhC板腔与$2.4\times10^{-2}$ W $^{-1}$转换效率在连续波激发下。我们还报告了高度垂直方向集中的远场发射模式与径向偏振在二次谐波频率的确认。这些结果代表了以前的理论预测和一个基石的成就，不仅为非线性频率转换，但也为涡旋光束的产生和未来的非经典辐射源的坚实的验证。
2020-05-20 physics.optics
Resonant features of planar Faraday metamaterial with high structural symmetry
研究了在纵向磁场作用下，电磁波通过旋向性介质的平面手征结构的传输。得到了超材料共振的频率依赖性和偏振面的旋转角。我们从理论上和实验上定义了频率和磁场的范围，其中超材料的偏振平面旋转的角度基本上高于单个铁氧体板。
2013-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Frequency comb formation in doubly resonant second-harmonic generation
从理论上研究了双谐振腔内倍频中光学频率梳及相应脉冲序列的产生。我们发现，尽管现实腔系统的大时间走离特性，非线性动力学可以准确和有效地使用一对耦合的平均场方程建模。通过严格的稳定性分析系统的稳态连续波的解决方案，我们表明，走离可以引起一个新的，以前未探索的制度的时间调制不稳定性（MI）。在这一制度下进行的数值模拟揭示了丰富的动力学行为，包括出现的时间模式，对应于相干光学频率梳。我们还证明，两个耦合方程，支配双谐振腔的行为，在典型的条件下，可以减少到一个单一的平均场方程类似于描述单谐振腔SHG的动力学[F. Leo等人，物理修订版信函116，033901（2016）]。这种减少的方法使我们能够得到一个简单的表达式MI增益，从而允许获得显着的洞察到底层的物理。我们预计，我们的工作将产生广泛的影响，在新兴的双谐振腔倍频平台，包括二次非线性微谐振器的频率梳的研究。
2016-03-23 physics.optics
Slow waves in locally resonant metamaterials line defect waveguides
在过去的几十年里，人们一直致力于波的时间操纵，特别是专注于减缓其传播。在电磁学中，从微波到光学，以及在声学或弹性波中，慢波传播确实在很大程度上有利于应用物理和基础物理。例如，通过延迟线和缓冲器等组件的设计，它在模拟信号计算中至关重要，并且它是增加波/物质相互作用的先决条件之一。尽管广泛的社会的兴趣，研究主要是在光学随着波长缩放的结构化复合介质的发展，出现有前途的候选人紧凑的慢光组件进行。然而，它们的最小结构尺度阻止了它们被转换到波长从亚毫米到米的较低频率。在这篇文章中，我们建议克服这一限制，由于深亚波长尺度的局部共振超材料。在我们的方法中，在这里实施的微波制度，我们表明，在这样的复合介质中引入耦合谐振缺陷允许创建深亚波长波导。我们的实验表明，波，而在这样的波导中传播，表现出大大降低群速度。我们定性地解释了这种慢波传播的机制，并首先实验证明，然后数值验证，它可以被利用来调整速度，实现组指数ng高达227在相对较大的带宽。最后，我们强调我们的线缺陷慢波波导在局部谐振超材料的三个有益的后果：深亚波长尺度，非常大的群指数和慢波传播不会发生在急剧的带宽减少的代价。
2017-07-07 physics.optics
Coherent amplification and lasing of weak surface-plasmon polaritons in a negative-index metamaterial with a resonant atomic medium
表面等离子体激元（SPPs）激光需要粒子数反转，效率低，光谱特性差。我们开发了一种无反转的量子等离子体波导的概念，利用单向超辐射SPP发射的辐射产生强烈的相干表面等离子体光束。我们的方案包括一个共振驱动的冷原子介质在无损介质位于超低损耗负折射率超材料~（NIMM）层。我们提出在原子介质和NIMM层界面内产生等离子体场的单向超辐射，并通过引入超辐射SPP波和耦合激光场之间的相位匹配来实现放大的SPP。我们还建立了弱调制等离子体激元场和原子系综的集体振荡之间的参数共振，从而抑制稳定放大的定向极化激元模式的退相干。我们的方法结合了原子介质的量子增益，得到了超辐射SPP波相干放大的充分条件，并将此方法应用于与弱极化激元波耦合的原子介质的量子动力学。我们的波导配置作为一个表面等离子体激元激光器和量子等离子体激元晶体管，并打开了前景，设计可控的纳米尺度激光器的量子和纳米光子应用。
2020-10-15 physics.optics
Nonlinear harmonic generation and devices in doubly-resonant Kerr cavities
本文描述了一个在$ω$和$3ω$两个谐振腔中，通过克尔（$\chithree$）非线性产生三次谐波（$ω\to3ω$）的非线性动力学理论分析。这样的双谐振腔将有效谐波产生所需的功率大大降低了$\sim V/Q^2$的因子，其中$V$是模态体积，$Q$是寿命，并且在临界输入功率下甚至可以表现出100%的谐波转换效率。然而，我们发现，它也表现出丰富的各种非线性动力学，如多稳态解和长周期的极限环。我们描述了如何补偿自/交叉相位调制（否则移动谐振腔频率），以及如何激发不同的稳定的解决方案（特别是高效率的解决方案）通过特殊调制的输入脉冲。
2008-08-22 physics.optics
Efficient telecom to visible wavelength conversion in doubly resonant GaP microdisks
在可见光（$Q \sim 10^4$）和红外（$Q \sim 10^5$）波长下支持高$Q$模的磷化镓微盘腔中，实现了1550 nm和775 nm之间具有外部效率$> 4.4\times10^{-4}\, \text{mW}^{-1}$的共振二次谐波产生.通过使用$\sim 360\,μ$ W的1550 nm光输入到光纤锥并谐振耦合到微盘的腔内光热温度调谐来满足双谐振条件。在此之上，观察到泵浦功率效率降低。所观察到的行为是一致的一个简单的模型，热调谐的双共振条件。
2016-01-12 physics.optics
Observation of tuning properties in a doubly resonant backward optical parametric oscillator
CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学院量子信息重点实验室，中国科学技术大学）；CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学院量子信息与量子物理卓越创新中心，中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）
本研究通过连续波泵浦实现双共振反向OPO，并发现其在不同调谐方式下的独特调谐特性，为连续波OPO应用提供了新可能性。
2025-09-25 physics.optics
Broadband Purcell effect: Radiative decay engineering with metamaterials
利用谐振微腔或周期性介电介质设计光子态密度（PDOS）可以控制与光相关的大量经典和量子现象。在这里，我们表明，具有双曲色散的纳米结构超材料，具有宽带宽的奇异性的PDOS，在任何其他光子系统中不存在的效果，这使得显着的控制光-物质相互作用。这种非共振PDOS改变的一个壮观表现是宽带珀塞尔效应，一种光源自发发射的增强，最终导致一种可以有效利用来自孤立发射器的单个光子的设备。我们的方法不同于传统的共振Purcell效应路线的单光子源的带宽的限制，这将限制可能使用这种方法的实际设备的应用，特别是在室温下。所提出的元器件可用于从量子通信到生物传感的应用，也开辟了使用超材料探测原子和人造原子（如量子点）的量子电动力学特性的可能性。
2011-10-27 physics.optics
Wireless energy transfer between anisotropic metamaterials shells
研究了强耦合径向光子晶体壳的行为，作为一种潜在的无线传输电磁能量的替代方案。这些基于各向异性超材料的亚波长谐振微结构，由于其高的品质因数，可以产生有效的耦合现象。选定的本构参数（介电常数和磁导率）的配置进行了分析，在其谐振特性。两个耦合谐振器之间的耦合损耗比计算为距离的函数，最大值（在超过300）时，得到的外壳是由它们的半径的三倍分开。在实际条件下，最大功率传输的83%也已估计。
2013-11-04 physics.optics
Disorder-immune photonics based on Mie-resonant dielectric metamaterials
当光子结构的特征尺寸变得与光波长相当或甚至小于光波长时，制造缺陷不可避免地引入可能消除亚波长光子器件的许多功能的无序。在这里，我们提出了一个新的概念，以实现一个强大的带隙，可以忍受超过30的无序作为一个结果，从光子晶体米氏共振超材料的过渡。通过利用具有高折射率的Mie共振超材料，我们证明了光子波导和腔具有很强的鲁棒性的位置无序，从而提供了一种新的方法，基于带隙的纳米光子器件具有新的性能和功能。
2019-09-25 cond-mat.dis-nn physics.app-ph physics.optics
Silicon-based Infrared Metamaterials with Ultra-Sharp Fano Resonances
超材料和超表面代表了光操纵、生物和化学传感、非线性光学甚至spaser激光的一个非常通用的平台。这些应用中的许多依赖于超材料的共振性质，这是近场中光能的极端光谱选择性集中的基础。自由空间光耦合到具有高谐振品质因数Q>>1的尖锐谐振元表面中的简单性是相对于极其角度敏感的衍射结构或固有不均匀的高Q光子结构（诸如环形或光子晶体微腔）的显著的实际优点。这种光谱选择性目前对于绝大多数由金属制成并遭受高等离子体损耗的超材料是不可能的。在这里，我们提出并证明了Fano共振全半导体光学元表面支持光学共振与品质因数Q>100，几乎是一个数量级比他们的等离子体对应物支持尖锐。这些硅基结构被证明是平面手性的，为高效的超薄圆偏振器和圆偏振辐射的窄带热发射器打开了激发的可能性。
2013-09-25 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
Polarization-independent optical spatial differentiation with a doubly-resonant one-dimensional guided-mode grating
我们报告的设计和实验特性的悬浮氮化硅亚波长光栅具有偏振无关的导模共振在斜入射。在此共振波长下，我们观察到透射光束的横向强度分布与入射光束分布在光栅周期性方向上的一阶空间微分一致，而与入射光偏振无关。这些观测结果得到了全数值模拟的证实。简单的一维和对称的设计，结合这些基本上无损耗的介电薄膜的薄和优异的机械性能，是有吸引力的应用在光学处理，传感和光机械。
2021-12-09 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
Frequency comb generation through the locking of domain walls in doubly resonant dispersive optical parametric oscillators
本文从理论上研究了双共振色散光学参量振荡器中局域时间耗散结构的形成及其相应的频率梳。我们推导出一个非局域平均场模型，并表明畴壁锁定允许形成稳定的相干光学频率梳。
2019-08-06 nlin.PS physics.optics
A non-resonant dielectric metamaterial for enhancement of thin-film solar cells
最近，我们提出了介电超材料，其由位于非晶薄膜太阳能电池顶部的亚微米介电球体阵列组成。我们已经从理论上表明，这种超材料可以减少反射，同时可以抑制通过光伏层的传输，因为它将入射平面波转换成一组聚焦光束。这一理论概念已得到有力的发展和实验证实，在本文件中。在这里，我们考虑的超材料的倾斜角照明，重新设计的太阳能电池，并提出了详细的实验研究的整个结构。与我们先前的理论研究相比，我们表明，我们的全向光捕获结构可能比等离子体增强化学气相沉积获得的优化平面涂层更好地工作。
2014-06-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Chi2 and chi3 harmonic generation at a critical power in inhomogeneous doubly resonant cavities
我们推导出100%的频率转换在任何双共振非线性腔，通过chi 2和chi 3非线性的二次和三次谐波产生的一般条件。我们发现，转换效率是优化的某一临界功率取决于腔参数，并假设合理的参数，我们预测100%的转换使用毫瓦或更少的功率。这些结果来自半解析耦合模理论框架，该框架是从以前的工作推广到包括chi2和chi3介质以及非均匀（全矢量）腔，在高效率极限下分析，其中下转换过程导致在临界功率下的最大效率，并通过非线性麦克斯韦方程组的直接时域有限差分（FDTD）模拟验证。根据线性腔本征模导出了非线性耦合系数的显式表达式，可用于设计和计算任意几何形状的腔。
2007-05-24 physics.optics
Sharp dark-mode resonances in planar metamaterials with broken structural symmetry
我们报告说，具有非常高的品质因数的谐振响应可以在平面超材料中通过在其结构元件的形状中引入对称性破缺来实现，这使得能够激发暗模式，即弱耦合到自由空间的模式。
2007-04-12 physics.optics
Resonant nonlinear optics of backward waves in negative-index metamaterials
研究了负折射率掺杂介质中后向波共振四波混频的特殊性质。由于从控制场到信号场的相干能量转移，在这种复合材料中，负折射率和非线性光学响应以及非线性传播过程的量子控制的独立工程的可行性。激光诱导透明，量子开关，频率可调窄带滤波，放大，实现一个微型无镜光学参量发生器的纠缠后向波和普通波的研究过程中可能的应用。
2008-08-14 physics.optics quant-ph
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
Metamaterial tuning by manipulation of near-field interaction
分析了超材料亚波长谐振单元之间的近场相互作用，提出了一种计算电磁相互作用系数的方法。我们表明，通过调整相邻的开口环谐振器的相对配置，它变得有可能操纵这种近场相互作用，从而调整超材料的响应。我们使用这个分析的结果来解释实验观察到的微波超材料的调谐。
2010-09-28 physics.optics
Magnetometry with nitrogen-vacancy ensembles in diamond based on infrared absorption in a doubly resonant optical cavity
我们建议使用一个光学腔，以提高灵敏度的磁力计依赖于检测的自旋状态的高密度氮空位系综在金刚石中使用红外光学吸收。腔的作用是在室温下获得接近1的吸收检测磁共振的对比度。我们项目的光子散粒噪声限制的灵敏度增加了两个数量级相比，单通的方法。光学损耗可以将增强限制到一个数量级，这仍然可以实现室温操作。最后，当光腔被设计成在泵浦和信号波长处都谐振时，光腔还允许使用较小的泵浦功率。
2013-01-04 physics.optics
Doubly resonant photonic crystal cavity using merged bound states in the continuum
本文提出利用合并连续域束缚态设计双谐振光子晶体微腔，通过超胞模式匹配实现约6000% W-1的二次谐波产生效率，显著优于孤立BIC。
2022-11-03 physics.optics
"Exclusive-OR" operation with Fano resonant MEMS Metamaterial
近年来，一系列由热、电、磁和光信号控制的可重构超材料被开发出来，用于在从微波到光学的宽电磁波谱范围内动态地操纵电磁辐射的强度、相位和波前。在这里的第一次，我们展示了一个可重构的元表面执行异或（XOR）逻辑运算，使用两个独立的控制电输入和光学读出的形式在太赫兹波长的远场Fano强度状态。同时，近场共振限制使得通用NAND逻辑操作成为可能。此外，通过使用单个电输入控制和光学读出，在Fano谐振的远场强度状态下实现逻辑非操作。所提出的基于Fano设计的可重构微悬臂梁具有多种逻辑运算，可以创建一个通用平台，用于实现可编程和随机访问的超材料，具有增强的电光性能，多通道数据处理和加密技术，用于高速无线网络，现在正被推向太赫兹波长。
2018-03-01 physics.app-ph physics.optics
Magneto-optical response in bimetallic metamaterials
我们证明了共振法拉第极化旋转等离子体阵列的纳米环谐振器组成的Au和Ni部分。这种超材料设计允许优化磁光效应的增强和等离子体激元耗散之间的权衡。尽管Ni部分对应于超材料的总表面的约6%，但所产生的磁光诱导的偏振旋转等于连续膜的偏振旋转。这种超材料可用于紧凑型磁传感器、有源等离子体元件和集成光子电路。
2016-03-28 physics.optics
Efficient single-pass third-harmonic generation at 520 nm for pumping doubly-resonant OPO
采用双极化磷酸钛氧钾（PPKTP）晶体，利用1560 nm激光经单程二次谐波（SHG）和单程和频（SFG）产生单程三次谐波（THG），获得了约545 mW的单频可调谐520 nm绿光激光输出。在单次倍频中，采用两个级联的双极化掺氧化镁锂（PPMgO：LN）晶体，获得了~ 3.5W的780.25nm倍频激光输出，最大倍频效率为26.8%。该系统可以提供一个泵浦源（520 nm）的光学参量振荡器在1560和780 nm的双色纠缠连续可变光场的产生和双色本地振荡器零差检测。
2017-02-21 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
Dark quadratic localized states and collapsed snaking in doubly resonant dispersive cavity enhanced second harmonic generation
从理论上研究了腔增强二次谐波产生中产生的二次暗局域耗散态的动力学、分岔结构和稳定性。这些状态，通过锁定的平面前波，经历崩溃的同宿蛇行，并可能表现出振荡动力学。
2021-08-03 nlin.PS physics.optics
Wide-angle and polarization-independent chiral metamaterial absorber
提出了一种基于手征超材料的谐振式微波吸收体。我们表明，与数值模拟和实验测量，吸收器的工作以及为不同的偏振入射角的一个非常宽的范围。所提出的吸收体具有紧凑的尺寸，并且对于宽范围的入射角，吸收接近于1，这是潜在应用的良好候选者。
2010-05-24 physics.optics
Energy density above a resonant metamaterial in the GHz: an alternative to near-field thermal emission detection
本文提出了一个实验，以方便地检测在微波范围内的辐射传热。根据Pendry十多年前给出的想法[1]，我们证明了具有1 cm周期的2微米半径钨线的3D阵列使得低成本材料在2.9 GHz左右的微波范围内表现出表面等离子体。这种加热的材料应表现出远高于环境发射的等离子体频率附近的发射峰。在近场中检测到的信号的分析也应该是分析均匀化理论在到材料的距离是超材料周期的量级时如何应用的工具。在相同的条件下，也可以为非局域介电性质提供一个模型。
2015-07-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Control of Second Harmonic Generation in Doubly Resonant Aluminum Nitride Microrings to Address Rubidium Two-Photon Clock Transition
随着越来越多的光子学应用向集成片上平台过渡，微谐振器中的非线性光学效应得到了广泛的研究。微谐振器具有光损耗低、模体积小等优点，是二次谐波发生（SHG）的最佳平台。然而，这种基于微谐振器的器件的工作带宽相对较小，这对需要解决特定目标波长的应用提出了挑战。在这项工作中，我们分析了相位匹配窗口和谐振波长相对于不同的微米宽度，半径和温度。制作了一个具有精确设计参数的芯片，实现了85-铷原子双光子跃迁波长的相位匹配。该方法可以推广到具有皮米精度的电信波段的任何目标泵浦波长。
2018-05-16 physics.optics
High Quality Factor Fano-Resonant All-Dielectric Metamaterials
在过去的几年中，电磁感应透明（EIT）的超表面类似物已经成为纳米光子学领域的主要焦点，这是由于它们能够产生用于诸如低损耗慢光器件和高灵敏度光学传感器的应用的高品质因数（Q因子）共振。然而，欧姆损耗将常规等离子体激元EIT超颖表面中可实现的Q因子限制为小于10的值，从而显著妨碍器件性能。在这里，我们报告一个经典的模拟EIT使用全电介质硅基超颖表面的实验演示。由于极低的吸收损耗和相邻元原子的相干相互作用，实验观察到483的创纪录的高Q因子，导致折射率传感器的品质因数（FOM）为103。此外，我们表明，介电超颖表面可以被设计为限制在硅谐振器或环境中的光场，允许在纳米尺度上定制光-物质相互作用。
2014-08-15 physics.optics
Tunable group delay in a doubly resonant metasurface composed of two dissimilar split-ring resonators
提出了一种利用双谐振超颖表面连续控制电磁波群延迟的方法。该方法是基于i）在具有两个谐振线的介质中的群速度对谐振线宽的依赖性和ii）由开口环谐振器组成的超表面的谐振线宽对电磁波的入射角的依赖性。为了验证这种方法的群延迟控制，我们设计了一个太赫兹超颖表面组成的两个开口环谐振器具有不同的谐振频率和数值分析的超颖表面的传输特性。在斜入射条件下，观察到双共振线，且共振透射下降随入射角的增大而变深变宽。双共振线中心频率附近的群延迟随入射角的变化范围为0 ~ 20倍入射波周期。与先前报道的方法使用电磁诱导的类超材料的群延迟的可变控制相比，对于小的群延迟条件实现了高透射率。
2019-09-11 physics.optics
Optical frequency comb spectroscopy at 3-5.4 μm with a doubly resonant optical parametric oscillator
提出了一种多功能的中红外梳状光谱系统，该系统基于一个可在3-5.4 μm范围内调谐的双共振光学参量振荡器和两种检测方法：傅里叶变换光谱仪（FTS）和游标光谱仪。利用带有多程池的FTS，我们分别测量了CH $_4$和NO在~3.3 μm和~5.2 μm处的高精度宽带吸收光谱，以及空气中CH $_4$、CO、CO $_2$和H $_2$ O在信号和闲频波长范围内的吸收光谱。该系统的品质因数为10 $^{-8}$ cm $^{-1}$ Hz $^{-1/2}$/光谱元件的数量级，多线拟合产生CH $_4$、NO和CO的最小可检测浓度为10-20 ppb Hz $^{-1/2}$。对于中红外，我们首次使用低精细度增强腔、光栅和单个检测器执行连续滤波游标光谱，并在~3.3 μm处测量环境空气中CH $_4$和H $_2$ O的吸收光谱。
2016-03-31 physics.optics
Doubly resonant photonic antenna for single infrared quantum dot imaging at telecommunication wavelengths
胶体量子点（CQD）是现代光子学的基石之一，因为它们导致了新的光电和生物医学技术的出现。然而，这些量子发射器的完整表征目前仅限于可见波长，并且光学探测在红外光谱域中操作的单个CQD仍然是一个关键挑战，这是越来越多的应用的目标。在这里，我们报告的第一个实验检测和成像在室温下的单个红外CQD在电信波长工作。成像是用写在光纤纳米探针末端的双共振蝴蝶结纳米孔径天线（BNA）完成的，其共振光谱符合CQD吸收和发射波长。PbS CQD的直接近场表征揭示了具有75 nm（λ/20）的空间分辨率以及其固有的2D偶极自由空间发射特性和激子动力学（闪烁现象）的单个纳米晶体。由于双共振BNA在CQD吸收和发射波长下都具有很强的透射性，因此我们能够使用标准20%效率的InGaAs雪崩光电二极管（APD）进行全光纤纳米成像。检测效率预计将是3000倍以上，比传统的圆形孔径尖端相同的传输面积。因此，双共振BNA光纤探针提供了利用当前即插即用检测技术探索低带隙CQD中的极端光-物质相互作用的可能性，在红外发光器件、光电探测器、电信、生物成像和量子信息技术领域开辟了新的途径。
2016-10-28 physics.optics
Plasmonic waveguides with hyperbolic multilayer cladding
具有各向异性光学色散的工程等离子体超材料使我们能够定制基于超材料的波导的特性。我们研究了具有双曲色散的介质芯和多层金属-介质包层的等离子体波导。不使用任何均匀化，我们计算的谐振本征模的有限宽度的包层，并发现协议的包层波导的色散的谐振功能。我们表明，在谐振宽度，波导的传播模式耦合到包层本征模，因此，被强烈吸收。通过在实际波导的设计中避免谐振宽度，可以消除强吸收。
2014-11-14 physics.optics
Doubly resonant optical nanoantenna arrays for polarization resolved measurements of surface-enhanced Raman scattering
我们报告说，菱形金属纳米天线阵列支持多个等离子体共振，使它们成为有利的生物传感基板。除了与菱形的两个主轴相关联的两个局部等离子体偶极模式之外，样品支持额外的光栅诱导的表面等离子体极化激元共振。所有模式的等离激元特性进行了仔细研究，通过远场测量与数值和分析计算。然后将样品应用于表面增强拉曼散射测量。它被证明是高效的，因为两个等离子体共振的结构被同时调谐，以符合在SERS实验中的激发和发射波长。通过测量偏振角对SERS信号的影响来完成分析。
2009-10-30 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
Strong group velocity dispersion compensation with phase-engineered sheet metamaterials
共振超材料通常表现出相当大的色散，这被认为是许多应用的缺点。在这里，我们利用的能力，以定制的色散响应的超材料介绍了一种新的方法，在电信系统中的群速度色散补偿。该方法由堆叠的高度色散的片的超材料的数量，并能够补偿色散的光纤具有负或正的群速度色散系数。我们证明了相位工程超材料可以提供强大的群速度色散管理，而不会受到大传输损耗的不利影响，同时提供高可定制性和小尺寸。
2014-05-30 physics.optics
