Validity of effective material parameters for optical fishnet metamaterials
虽然显示人工磁性的光学超材料是介观系统，但它们经常被描述为有效材料参数。但由于固有的非局域（或空间色散）效应，可以预料，这种方法通常只是一个粗略的近似，是没有物理意义的。为了研究关于分配的有效材料参数的限制，我们提出了一种技术来检索的有效介电常数和磁导率张量的频率相关元素的任意角度的入射和应用的方法示例性的渔网超材料。事实证明，对于渔网超材料，只有在对波长/晶胞尺寸比施加相当严格的约束时，才能引入真正的有效材料参数。不幸的是，它们仅在远离引起这种渔网超材料的许多设想应用所需的磁响应的共振的地方才能满足。我们的工作清楚地表明，当代光学超材料的介观性质和相关的空间色散，显示人工磁性禁止传统的有效材料参数的有意义的介绍。
2010-01-19 physics.optics
Self-assembled hexagonal double fishnets as negative index materials
我们的实验表明，在近红外波长范围内的负折射率超材料的制造胶体光刻的成功使用。特别是，我们研究了广泛研究的双鱼网超材料的具体实现，由一个金-硅-金层堆叠穿孔的六边形阵列的圆孔。通过调节孔的直径，我们可以将这些自组装的超材料定制为单负（ε < 0）和双负（ε < 0和μ < 0）超材料。
2010-10-18 physics.optics
RF-components embedded with photonic-band-bap (PBG) and fishnet-metamaterial structures for high frequency accelerator application
在高效率和高梯度射频加速器的发展中，已经设计了具有光子带隙（PBG）和渔网-超材料结构的射频波导和腔。所设计的结构包括一个周期性的波纹通道夹在两个光子晶体板与交替的高到低的介电常数和一个多单元腔谐振器设计与渔网超材料孔。我们感兴趣的结构设计旨在仅允许窄频率范围内的操作模式或频带传播。模拟分析表明，被捕获的非PBG模式被有效地抑制到~ -14.3 dB/cm，而PBG模式以~2 dB的插入损耗传播，对应于~1.14 dB/cm的衰减。对鱼网嵌入腔的初步建模分析表明，与典型的药盒或PBG腔相比，工作模式（TM 010）的Q因子和场梯度有明显的改善。Ka波段PBG波导和S波段渔网腔结构的制造目前正在进行中，它们将用微波测试台/8510 C网络分析仪和5.5 MW S波段速调管进行测试。这些结构可以应用于高频加速器中稳定的短束团形成和单色辐射。
2015-02-06 physics.acc-ph physics.optics
Contribution of the magnetic resonance to the third harmonic generation from a fishnet metamaterial
我们从实验和理论上研究了双层渔网状超材料产生的三次谐波。为了明确地揭示最显著的磁共振的影响，所产生的三次谐波被测量为入射角的函数。实验和数值计算表明，当泵浦光激发磁共振时，三次谐波信号的角度依赖性在入射角为θ \simeq 20°时有一个局部极大值。这个最大值被示出为在金层中的电流的反对称分布的指纹。分析模型的基础上的非线性动力学的电子内部的黄金显示出良好的协议与实验和数值计算结果。这清楚地表明了在超材料的电共振和磁共振下的第三谐波角模式的差异。
2012-11-22 physics.optics
Complex k band diagrams of 3D metamaterial/photonic crystals
提出了一种求解三维超材料/光子晶体系统复色散曲线的有限元方法。这种三维方法是以前报道的二维特征值方法的推广。这种方法对于分析包含色散的周期性系统（例如，等离子体）材料，用于计算k空间中的等离子体表面，以及用于计算倏逝波的衰减长度。两个具体的例子被认为是：一个光子晶体包括电介质球和等离子体渔网结构。杂交和避免米氏共振和传播模式之间的交叉数值证明。四个电磁模式区分其对称性的负折射率传播的等离子体激元渔网预测。通过计算等值线，我们还证明了渔网结构是一个双曲介质。
2011-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical metamaterials with different metals
我们研究了不同金属对鱼网型超材料在光学区域的电磁响应的影响，发现在正确预测光学超材料的行为时，不应使用Drude模型，而应使用具有实验测量数据的介电函数的金属。通过比较由不同金属（即，金、铜和银），我们发现与其他金属相比，银是金属部件的最佳选择，因为银允许最强的负磁导率共振，因此，对于具有高品质因数的光学渔网超材料。本文的研究为优化光学超材料的设计提供了有价值的参考。
2012-09-25 physics.optics
On Negative Index Metamaterial Spacers and Their Unusual Optical Properties
我们从理论上探讨了使用超材料结构作为间隔物的可能性，命名为metaspacer，它可以与其他材料集成在微细加工中。我们表明，这样的metspacers可以提供新的光学行为，是不可能通过传统的间隔。特别是，我们研究了嵌入在渔网超材料结构中的负折射率超空间，并将其与传统的渔网超材料结构进行了比较。我们发现，基于负折射率超空间的渔网结构具有有趣的反向光学响应。我们还观察到，共振频率对几何参数的依赖性是相反的。我们的结论与这些元空间的实用性。
2012-12-30 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
Negative refractive index response of weakly and strongly coupled optical metamaterials
我们提出了一个详细的研究检索的光学参数，介电常数，磁导率和折射率，耦合鱼网超材料结构作为层之间的分离的函数。对于弱耦合的情况下，检索的参数是非常接近的一个功能层的结果，收敛相对较快。对于强耦合情况，反演的参数与单单元渔网结果完全不同。我们还证明了高品质因数（FOM=| Re（n）/Im（n）|对于强耦合结构，由于负的$n$的实部远离n的虚部的最大值（接近谐振），其中损耗高。
2009-07-06 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
Dual-band, double-negative, polarization-independent metamaterial for the visible spectrum
我们提出了第一个双波段负折射率超材料，在可见光谱。优化的四功能层超材料结构表现出第一双负（即，同时为负的介电常数和磁导率）带，品质因数为1.7，以及第二双负带，品质因数为3.2。所提出的结构的光学行为是独立的入射场的偏振。这种低损耗超材料结构可以被视为在单个功能层中具有不同厚度的附加金属层的渔网式超材料结构的修改版本。附加的金属层将稀释的等离子体频率深入到结构的二阶磁共振以上的可见光谱中，因此提供了同时具有负有效介电常数和磁导率的双带操作。具有多个负折射率带的宽带超材料可以通过采用更高阶磁共振用相同的技术来实现。该结构可以用已经用于制造渔网超材料结构的标准微制造技术来制造。
2012-09-04 physics.optics
Yellow-light Negative-index Metamaterials
一个完善的，银渔网设计已进一步小型化，作为一个负折射率材料在最短的波长到目前为止。通过研究样品的透射率、反射率和相应的数值模拟，本文报道了在580 nm的黄光波长处的负折射率为-0.25。
2009-07-10 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
Magnetic response of nanoscale left-handed metamaterials
使用详细的模拟，我们调查的磁响应的超材料组成的平行板对或组合的板与电线（包括渔网设计）的结构的长度尺度从毫米减少到纳米。我们观察到的预期饱和的磁共振频率时，结构的长度规模去到亚微米政权，以及削弱的有效磁导率共振和减少的频谱宽度的负磁导率区域。所有这些结果都解释了使用等效电阻-电感-电容（RLC）电路模型，考虑到电流连接的动能的电子内部的金属部件通过一个等效的电感，添加到磁场电感的单位细胞。使用这个模型，我们得到简单的优化规则，实现光学负磁导率超材料的性能改善。最后，我们分析了渔网设计的磁响应，并解释了其优越的性能，可达到的高磁共振频率，以及其性能较差的负磁导率区域的宽度。
2010-01-07 physics.class-ph physics.optics
Broadband Nonreciprocal Amplification in Luminal Metamaterials
时间已经成为超材料的一个新的自由度，有望在波控制的新途径。然而，电磁学在材料参数的调制速度方面受到限制。在这里，我们认为，这些限制可以绕过引入行波折射率调制，具有相同的相速度的波。我们展示了“腔光栅”的概念如何产生巨大的非互易性，实现有效的单向放大，脉冲压缩和频率上转换，提出了一个现实的实现在双层石墨烯。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Wave Energy Amplification in a Metamaterial based Traveling Wave Structure
我们考虑了在超材料存在下粒子束和传播的电磁波之间的相互作用。我们发现，引入超材料引起了一种新的色散曲线，它确定了一个独特的波粒关系，通过超材料的频率依赖性和超材料的新能力，同时表现出负介电常数和磁导率。使用Madey定理的修改形式，我们发现，新的色散的超材料导致放大的电磁波功率。
2010-03-28 physics.acc-ph 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
Modeling the directed transmission and reflection enhancements of the lasing spaser in active metamaterials
同时增强的反射率和透射率大于35分贝的激光spaser（或spasing）的行为，在一个有源渔网超材料证明。在模拟激光腔时，通过法布里-珀罗效应建立了折射率具有洛伦兹色散的等效有源平板来模拟超材料的激光腔。数值和理论结果表明，反射率和透射率的相等增强，以及非单调的增益系数的spasing强度的依赖关系，以及良好的协议。此外，还数值验证了该激光器的定向发射特性。
2009-12-11 physics.class-ph 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
Dynamically controllable, homogeneous, anisotropic metamaterials with simultaneous attenuation and amplification
经典电磁理论允许在特定频率下既不完全耗散也不完全活跃的各向异性均匀超材料。完善的均匀化形式主义表明，这种超材料可以很简单地实现为至少两种不同的各向同性介电材料的电小（可能是纳米级）球状颗粒的随机混合物，其中一种必须是耗散的，但另一种是有源的。这种超材料的介电性能受组成材料的体积分数、空间分布、颗粒形状和尺寸以及相对介电系数的影响。具有更复杂的线性和非线性本构特性的类似超材料是可能的。例如通过受激拉曼散射对活性组分材料的动态控制提供了对超材料的动态控制。
2015-10-30 physics.optics
Negative-Index Metamaterials: Second-Harmonic Generation, Manley-Rowe Relations and Parametric Amplification
研究了负折射率超材料中的二次谐波产生和光参量放大。NIM中波矢和坡印廷矢量的方向相反导致了“后向”相位匹配条件，从而导致Manley-Rowe关系和耦合场强的空间分布发生显著变化。结果表明，NIM中的吸收可以通过后向光参量放大来补偿。论证了无腔分布反馈参量振荡的可能性。讨论了产生左右手反向传播光子纠缠对的可行性。
2006-01-10 physics.optics quant-ph
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
Surface plasmon driven scalable low-loss negative-index metamaterials at visible spectrum
我们证明了薄金属膜的表面等离子体激元与其周围的纳米结构的周期性阵列相互作用，可以利用在可见光谱，同时具有负的介电常数和磁导率的大块负折射率超材料。这些表面等离子体激元驱动的超材料具有高的品质因数，并且可以被任意调谐以在可见光谱中的任何波长下并且可能在紫外光谱下操作。我们用数值方法证明了这一想法的超材料结构，表现出强磁响应，导致在绿色区域的电磁波谱在536 nm的负折射率与3.67的品质因数。我们还表明，通过简单地改变构成材料，因此通过修改下面的表面等离子体激元色散，该结构的工作波长可以蓝移到紫色区域在406 nm的品质因数为2.27。与基于渔网结构的可见超材料方法相比，我们提出的方法提供了一种频率更可扩展的方式，可以在可见光和可能的紫外波长下实现负折射率，并具有高品质因数。
2011-11-15 physics.optics
Directional optical parametric amplification in a hyperbolic metamaterial
本文利用与激子库强耦合的光子晶体波导实现不同导模间的定向OPA，可通过种子光入射角控制闲频传播方向，且对表面缺陷鲁棒、器件更易制备。
2025-02-18 cond-mat.mes-hall 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
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
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
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
Linear coupling between lightwaves in metamaterials enables lossless artificial magnetism
光学物理学中的一个众所周知的原理是，当介质响应是严格线性的时，在均匀介质内传播的两个光波之间永远不能交换功率。光波之间的功率交换通常借助于非线性发生。一个典型的例子是非线性光学参量放大，其中净能量可以从高频（高能量）光波（泵浦）流向低频信号波，导致信号波的放大。在这里，我们证明了普通介质的这种限制可以通过使用适当的工程超材料来克服，这些材料在最近的过去已经实现了各种非凡的应用，这些应用是使用传统材料无法实现的，例如完美的透镜，隐形斗篷和被困的彩虹。我们介绍了一个蓝图的磁性超材料，使，在一个完全线性的方式，相干和建设性的主动功率流从一个光波到另一个（第二）光波。
2013-01-25 physics.optics
All-optically transformable broad-band transparency and amplification in negative-index films
通过整个负折射率频域产生超材料板的激光诱导光学透明的可能性被示出在控制激光场的一定强度阈值之上。
2008-08-22 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
Coherent Nonlinear Optics and Quantum Control in Negative-Index Metamaterials
研究了负折射率平板的激光诱导透明和返波信号的参量放大特性。研究了闲频吸收和相位失配对信号放大的影响，并展示了在宽范围的控制场强和板厚下确保鲁棒透明度的可行性。一个特殊的选项，包括一个强大的四波混频响应和负折射率的独立工程的建议和其具体功能进行了研究。通过数值实验证实了在这种方案中对平板透明进行量子控制的可行性。因此，我们展示了补偿等离子体负折射率超材料固有的强吸收的机会和条件，并且我们进一步展示了通过从控制光场到负折射率信号的相干能量转移实现的透明性。
2009-06-01 physics.optics
Asymmetric frequency conversion with acoustic non-Hermitian space-time varying metamaterial
时空调制超材料在参量放大、频率转换和非互易传输等方面有着极其丰富的应用。然而，时空调制的实验实现是非常不平凡的，阻碍了许多有趣的物理，从理论上预测到实验证明。在这里，基于所提出的具有软件定义的脉冲响应的虚拟化超材料，我们通过允许材料增益和损耗在时域中进行量身定制和平衡，实验实现了用于高效和非对称频率转换的非厄米时空变化超材料。在频率变换应用中，时空变化能力和非厄米性的结合使得我们可以通过增益-损耗平衡来减小主带，同时提高边带变换的效率。此外，我们的软件定义的超材料的方法是灵活的，以实现与设计能力的声学系统中的量子干涉的模拟。在不同原子之间施加额外的调制相位延迟允许控制这种干涉以在频率转换中获得非对称放大。
2020-09-27 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Theory of pump-probe experiments of metallic metamaterials coupled to the gain medium
我们建立了一种新的方法来模拟金属异向介质与增益材料的耦合。理解异向介质与增益介质的耦合机制是非常重要的。利用一个四能级增益系统，研究了金属开口环谐振器（SRR）阵列的光放大特性。我们发现增益衬底顶部的SRRs的微分透射率ΔT/T可以为负，而增益衬底本身的微分透射率ΔT/T为正。这些模拟结果与泵浦探测实验结果一致，可以帮助设计新的实验来补偿超材料的损耗。
2012-03-28 physics.optics
Unidirectional Amplification and Shaping of Optical Pulses by Three-Wave Mixing with Negative Phonons
利用寻常波和后向波的三波混频特性，可以大大提高受激喇曼散射的频率转换效率。这种过程通常归因于负折射率等离子体超材料。这项工作证明了用现成的晶体取代这种超材料的可能性，这种超材料对工程师来说非常具有挑战性，这种晶体支持具有反向相速度和群速度的弹性波。这项工作的主要目标是研究在短脉冲制度的指示非线性光学过程的具体性质，并表明它能够消除基本的不利影响的快速阻尼的光学声子的过程中有关。在这些应用中，有可能创造出一系列独特的光子器件，如单向拉曼放大器和飞秒脉冲整形器，这些器件具有大大改善的操作特性。
2013-04-26 physics.optics
Hyperbolic metamaterial as a tunable near-field spatial filter for the implementation of the active plasmon injection loss compensation scheme
我们提出了如何物理实现的辅助源中描述的最近推出的主动等离子体激元注入损耗补偿方案增强近场超透镜。特别是，我们表明，在主动等离子体激元注入方案中描述的辅助源的特性，包括可调谐窄带和选择性放大，通过卷积可以实现通过使用双曲超材料作为近场空间滤波器。除了损失补偿，建议的近场空间滤波器可以用于实时高分辨率边缘检测。
2017-10-26 physics.optics
Spaser and optical amplification conditions in gold-coated active nanoparticles
由于其许多潜在的应用，有越来越多的兴趣研究混合系统组成的光学活性介质和等离子体超材料。在这项工作中，我们专注于一个特定的系统，它由一个光学活性的二氧化硅核覆盖的金壳。我们发现，spaser（表面等离子体激元放大由辐射的受激发射）的条件，可以发现在极点的散射截面的系统，一个结果，仍然有效的几何形状研究。我们探索了广泛的参数，涵盖了大多数通常的实验条件下的几何系统和激发波长。我们表明，spaser产生的条件必然要求完全的损失补偿，但相反的情况不一定是真的。我们的研究结果，这是独立的详细响应的活性介质，提供所需的增益和波长的spasers，可以产生一个特定的几何形状，也讨论了可能性，把系统变成光放大器和SERS（表面增强拉曼光谱）基板具有巨大的增强。我们相信，我们的研究结果可以找到许多应用。特别是，他们可以是有用的实验研究类似的系统，调整实验条件和解释结果。
2016-11-08 cond-mat.mes-hall 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
Frozen light in periodic metamaterials
波在空间周期性介质（如光子晶体）中的传播可以与任何均匀物质有质的不同。当电磁波的波长与周期性结构的原始平移相当时，这种差异尤其明显。在这种情况下，周期性介质不能被分配任何有意义的折射率。尽管如此，在几乎任何光子晶体中都可以发现诸如光传播的某些方向的负折射和/或相反的相速度和群速度之类的特征。唯一的保留是，与假设的均匀左手介质不同，光子晶体在感兴趣的频率范围内基本上是各向异性的。现在考虑入射到半无限光子晶体上的平面波。例如，可以假设在正折射的情况下，群的法向分量和透射布洛赫波的相速度具有相同的符号，而在负折射的情况下，这些分量具有相反的符号。如果透射波群速度的法向分量为零，会发生什么？让我们称之为“零折射”的情况。初看起来，透射波群速度的零法向分量意味着入射波的全反射。但是我们证明了全反射并不是唯一的可能性。相反，透射波可以以具有巨大振幅和近切向群速度的异常掠射模式的形式出现。这种壮观的现象对入射平面波的传播频率和方向极其敏感。这些特性在许多应用中非常有吸引力，例如高次谐波产生和波混合、光放大和激光、高效超级棱镜等。
2006-09-16 physics.gen-ph physics.optics
Beyond Fresnel Wave Surfaces: Off-Shell Photonic Density of States and Near-Fields in Isotropy-Broken Materials with Loss or Gain
本文将菲涅耳波面理论扩展至含损耗、增益或非互易性的介质，利用Om势方法将近场视为离壳模式，揭示非互易介质中光子态密度的洛伦兹展宽及其与比尔-布格-朗伯定律的联系，并阐明近场中动量表征的转变，为6G通信、光子态密度工程及非厄米光子学提供统一框架。
2025-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
