Observation of photonic spin-momentum locking due to coupling of achiral metamaterials and quantum dots
在这里，我们报告的光子自旋动量锁定的形式，从非手性量子点（QD）的倏逝耦合到非手性双曲超材料（HMM）的定向和手性发射的观察。量子点和超材料之间的有效耦合导致这些光子拓扑模式的出现，这些模式可以在远场检测到。我们提供了理论解释的自旋动量锁定的出现，通过严格的建模的基础上光子格林函数的伪自旋的光产生耦合的量子点隐马尔可夫模型的倏逝模。
2020-10-31 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
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
Past Achievements and Future Challenges in 3D Photonic Metamaterials
光子超材料是一种人造结构，由密集堆积在有效材料中的定制微米或纳米结构金属介电亚波长构建块组成。这种看似简单，但功能强大，真正革命性的概念允许实现新颖的，不寻常的，有时甚至闻所未闻的光学特性，如在光学频率下的磁性，负折射率，大的正折射率，通过阻抗匹配实现零反射，完美吸收，巨圆二色性或增强的非线性光学特性。超材料的可能应用包括超高分辨率成像系统、紧凑型偏振光学器件和隐身设备。本文介绍了最近的实验进展，制作三维超材料结构，并讨论了一些剩余的未来挑战。
2011-09-01 physics.optics
Spin photonics on chip based on a twinning crystal metamaterial
针对下一代光子信息技术对高容量二维光子回路的需求，提出基于孪晶超材料的多通道自旋相关光子器件，利用自旋-动量锁定实现4条横向自旋通道，可保持入射光自旋态并传回自由空间，为自旋调控纳米光子应用提供新方案。
2023-05-19 physics.optics
Fano resonances in dielectric, metallic and metamaterial photonic structures
我们研究数值Fano共振激发的电介质，金属和左手圆柱体的周期性阵列。特别令人感兴趣的是在圆柱体的线性阵列中激发的Fano共振。分析了电磁场的空间分布和对称性，讨论了观测到的法诺共振与二维圆柱阵列频谱之间的关系。
2016-08-27 physics.optics
Negative-index bi-anisotropic photonic metamaterial fabricated by direct laser writing and silver shadow evaporation
我们提出了一种新的负折射率超材料的蓝图。这种结构是通过三维双光子激光直写和银影蒸发制备的。测量的线性光谱与理论的比较显示出良好的一致性，并揭示了在约3.85微米波长处折射率的负实部-尽管超材料结构由于沿其表面法线缺乏反转对称性而具有双各向异性。
2008-09-12 physics.optics
Photonic spin Hall effect in hyperbolic metamaterials at visible
传输中的光子自旋霍尔效应是取决于入射光束的偏振的出射光束的横向光束移位。具有高各向异性的材料可以显著增强这种效果。我们报告的第一个实验演示的光子自旋霍尔效应在多层双曲形超材料在可见光波长（波长为520 nm和633 nm）。该超材料由金和氧化铝交替层组成，具有深亚波长厚度，表现出极大的各向异性。角分辨偏振测量显示对于厚度为176 nm的超材料的165 $μm$的偏移。另外，横向光束偏移对入射角的变化极其敏感，理论上入射角变化为270个具有一毫弧度的$μm$（$0.057^\circ$）。这些特征可以导致具有高角分辨率的小型化自旋霍尔开关和滤波器。
2018-07-10 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
Twisted split-ring-resonator photonic metamaterial with huge optical activity
耦合开口环谐振器超材料先前已被证明具有大的耦合效应，这是获得大的有效光学活性的先决条件。通过适当的横向排列，我们完全消除了线性双折射，获得了纯旋光性和相关的圆光学二向色性。在100太赫兹频率附近的实验和相应的建模是在良好的协议。对于厚度为205nm的样品，得到了约30度的旋转角。
2010-01-25 physics.optics
Three dimensional photonic Dirac points in metamaterials
拓扑半金属，代表一种新的拓扑相，缺乏一个完整的带隙在体状态和表现出非平凡的拓扑秩序，最近已经扩展到光子系统，主要是在光子晶体和在较小程度上，超材料。狄拉克简并的光子晶体实现受到各种空间对称性的保护，其中布洛赫模式跨越自旋和轨道子空间。在这里，我们从理论上表明，狄拉克点也可以实现在有效介质中，通过电磁对偶下的电磁学中的固有自由度。在空气与Dirac材料的界面处观察到一对自旋极化的费米弧表面态。这些表面态呈现线性的k空间色散关系，导致几乎无衍射的传播。此外，本征反射场显示从狄拉克点到两个外尔点的分解。我们还发现了经典光子学中Dirac点和涡旋/矢量光束之间的拓扑关联。光子狄拉克点的理论提出为揭示电磁学中内禀物理与整体拓扑之间的联系奠定了基础。
2017-10-20 physics.optics
Controlling evanescent waves using silicon photonic all-dielectric metamaterials for dense integration
在CMOS代工平台上制造的超紧凑、密集集成的光学部件对于光学信息处理和电子-光子共集成是非常期望的。然而，在硅光子器件中普遍存在的由纳米尺度限制引起的大空间范围的倏逝波导致显著的串扰和散射损耗。在这里，我们证明了各向异性全介质超材料打开了一个新的自由度，在全内反射，以缩短衰减长度的倏逝波。我们的实验表明，减少串扰大于30倍，弯曲损耗大于3倍，在密集集成，超紧凑的光子电路块。我们的原型全介质超材料波导实现了约3.7 dB/cm的低传播损耗，与硅条形波导的传播损耗相当。我们的方法标志着从干涉为基础的限制，如在光子晶体或槽波导，利用纳米级场增强的出发。其抑制倏逝波而不显著增加传播损耗的能力将为基于全电介质超材料的密集集成铺平道路。
2018-07-04 physics.optics
Intra-connected three-dimensionally isotropic bulk negative index photonic metamaterial
各向同性负折射率超材料（NIM）是非常需要的，特别是用于实现超高分辨率透镜。然而，现有的各向同性NIM仅在二维上起作用，并且不能被微型化超过微波。直接激光写入工艺可以是朝向三维（3D）各向同性块体光学超材料的制造的范式转变，但仅以额外的设计约束（即连接性）为代价。在这里，我们证明了一个原则性的设计，要求连接并不排除完全各向同性的左手行为。这是实现光学波长下的体3D各向同性NIM的重要一步。
2010-04-02 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
Observation of photonic Fermi arcs in topological metamaterials
拓扑相的发现为最初在量子背景下研究的各种有趣的物理学引入了新的视角和平台，然后在平等的基础上，在经典的波动系统中，如光子学，声学和力学。非平凡费米弧作为一个特征，连接拓扑上不同的费米面，在澄清狄拉克和外尔半金属中起着至关重要的作用，并且最近在量子材料中被观察到。然而，在经典系统中，到目前为止还没有直接的实验观测到费米弧的动量空间。在这里，使用近场扫描测量，我们观察到一个光子费米弧连接的拓扑结构不同的体态的手征双曲型超材料。为了验证该系统的拓扑性质，我们进一步观察了非平凡表面波在三维物理台阶上的后向散射免疫传播。我们的研究结果表明，超材料的拓扑光子学的方法，并提供了一个更深入的理解三维经典系统的拓扑相。
2017-06-05 physics.optics
The reversibility of the Goos-Hänchen shift near the band-crossing structure of one-dimemsional photonic crystals containing left-handed metamaterials
对含有左手材料的一维光子晶体中的古斯-哈兴位移进行了理论研究。我们发现在光子带交叉结构附近存在一种特殊的GH位移效应，在斜入射下，它位于条件$% -k_{z}^{(A)}d_{A}=k_{z}^{(B)}d_{B}=mπ$ $(m=1,2,3...)$下，这里A表示LHM层，B表示介质层。在带交叉点（BCP）频率以上，随着入射角的增加，GH位移由负向正变化，而在BCP频率以下，GH位移变化不大。这种效应是解释的带交叉结构的相位特性。
2009-05-11 physics.optics
The Photonic Band theory and the negative refraction experiment of metallic helix metamaterials
我们首次发展了一种理论来计算和解释金属螺旋周期阵列的光子能带结构。能带结构的有趣特征包括精巧的纵向和圆偏振本征模、宽的偏振间隙[Science 325，1513（2009）]，并且螺旋对称性保证了在偏振间隙的两侧存在负群速度带和以固定频率钉扎在区域边界处的带交叉。通过测量穿过三维真实螺旋超材料板的Gooshchen位移，首次实现了经由手性途径的负折射的直接证明[Science 306，1353（2004）]。
2010-06-14 physics.optics
Zero permeability and zero permittivity band gaps in 1D metamaterial photonic crystals
我们考虑的层状异质结构结合普通的正折射率材料和色散的超材料。我们发现，这些结构可以表现出一种新的类型的光子带隙的频率附近的超材料的磁导率μ或介电常数ε为零。虽然具有零折射率的半无限介质的界面（当μ= 0或ε= 0时达到的条件）已知对所有入射偏振都具有全反射率，但在这里，我们表明对应于μ= 0的间隙仅出现在TE偏振波中，而对应于ε= 0的间隙仅出现在TM偏振波中。这些带隙是尺度长度不变的，并且对无序非常鲁棒，尽管它们可能在沿着分层方向传播的特定情况下消失。
2006-06-07 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
Crystalline metamaterials for topological properties at subwavelength scales
拓扑凝聚态系统的令人兴奋的发现最近引发了对其光子类似物的搜索，其动机是强大的背散射免疫光传输的可能性。然而，拓扑光子相位到目前为止只在光子晶体和波导阵列中观察到，这是固有的物理波长缩放，阻碍了它们在紧凑的亚波长系统中的应用。在这封信中，我们通过将超材料的深亚波长谐振元件图案化到特定的晶格上来解决这个问题，并创建晶体超材料，该晶体超材料可以由于多次散射而产生复杂的非局部特性，尽管它们的亚波长空间尺度通常意味着忽略它们的结构。这些空间色散系统可以支持亚波长拓扑相位，我们证明在微波直接场映射。我们的方法为光子拓扑相的研究提供了一个简单的桌面平台，并允许设想有利于超材料的紧凑性和拓扑绝缘体的惊人潜力的应用。
2017-05-25 physics.optics
Two-color all-optical switching in Si-compatible epsilon-near-zero hyperbolic metamaterials
本文提出一种硅兼容的介电常数近零双曲超材料，实现可见与近红外双波长超快全光开关，开关时间达数百飞秒，可应用于太赫兹调制。
2023-05-11 physics.optics
Zitterbewegung-like effect near the Dirac point in metamaterials and photonic crystals
本文对超材料平板在零折射率点附近的类齐特贝韦根效应进行了物理解释。在以零折射率点为中心的负折射率区和正折射率区之间，超材料平板的透射谱分布是不对称的。当对称脉冲传播通过超材料板时，由于板的透射光谱的不对称性，其透射光谱变得不对称，导致具有不对称时间形状的透射脉冲。这种不对称性表现出一种时间上的拖尾振荡，即，Zitterbewegung效应。此外，还讨论了脉冲的时间和空间宽度以及超材料板的厚度对传输脉冲拖尾振荡的影响。我们的结果与其他研究人员在相对论量子概念的强度上获得的结果一致;然而，我们分析的观点是经典的，与相对论量子力学无关。
2010-10-26 physics.optics
Topological Photonic Phase in Chiral Hyperbolic Metamaterials
最近，通过模仿某些固态系统（例如拓扑绝缘体）内存在的拓扑顺序来实现光的单向反向散射免疫传输的可能性受到了很多关注。然而，到目前为止，光子学中的非平凡拓扑结构的演示依赖于具有精确设计的晶格结构的光子晶体，其在操作波长的尺度上是周期性的，并且由精细调谐的复杂材料组成。在这里，我们提出了一种新的有效介质的方法，实现拓扑保护的光子表面状态强大的所有长度尺度上的无序和广泛的材料参数。值得注意的是，我们的超材料设计的非平凡拓扑结构是由均匀介质中电磁波的横向性引起的Berry曲率引起的。因此，我们的研究起到了弥合拓扑能带理论和经典光学现象，如光的自旋霍尔效应之间的差距。拓扑相位的有效介质路径将为电磁波在集成光子电路中的高度紧凑的单向传输铺平道路。
2014-12-19 physics.optics
Photonic band-gap engineering for volume plasmon polaritons in multiscale multilayer hyperbolic metamaterials
本文从理论上研究了大波矢波（体等离子体激元）在具有两层结构的多层双曲型超材料中的传播。我们表明，当一个亚波长的金属-电介质多层（“子结构”）的参数调制（“超结构”）在一个更大的波长尺度上，所产生的多尺度双曲型超材料中的体等离子体激元的传播受到光子带隙现象。通过改变超结构的几何形状，可以对这种等离子体激元进行很大程度的控制。当这种几何形状是周期性的时，由于布拉格反射而在体等离子体带内形成阻带。当在另外的周期性超结构中引入腔层时，法布里-珀罗性质的共振峰存在于阻带内。更复杂的上部结构的几何形状也被认为是。例如，分形Cantor类多尺度超材料被发现在体积等离子体带中表现出特征性的自相似光谱特征。多尺度双曲型超材料被证明是一个有前途的平台，大波矢体等离子体波，无论是被认为是作为一种新的信息载体或远场亚波长成像。
2014-04-17 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
Can Second-Order Nonlinearity in Metal-Dielectric Metamaterials Pave a Way Toward Elusive Photonic Time Crystals?
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究探讨金属-电介质超材料中二阶非线性能否助力光子时间晶体实现。提出利用ε近零半导体-银超材料的超快二阶非线性的平台，通过低损耗和偏振选择性泵浦，在特定泵浦功率下可打开宽动量带隙并实现净参量增益，为光学光子时间晶体实现提供途径。
2026-07-28 physics.optics
Photonic Hyper-Crystals
介绍了一种新的人工光学介质-光子超晶体。这种介电常数在亚波长尺度上具有周期性空间变化的双曲型超材料，结合了光学超材料和光子晶体的特点。特别地，由超晶体支持的表面波具有光子晶体中的光学Tamm态和金属-电介质界面处的表面等离子体激元的性质。
2014-02-04 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
Photon density of states engineering with generative inverse design for scalable 3D photonic metamaterials
Lund University（隆德大学）
本文提出一种端到端逆向设计框架，通过生成对抗网络生成目标光子密度态参数，实现3D光子超材料的高效设计，展示了高局部光子密度态结构的优异性能。
2026-04-08 physics.optics
Trapping Light in Plain Sight: Embedded Photonic Eigenstates in Zero-Index Metamaterials
限制电磁能对于增强光-物质相互作用至关重要，对科学和技术具有重要意义。在这里，我们讨论了在开放结构中捕获和限制光的机会，基于零折射率超材料实现的辐射连续体内嵌入本征态的概念。基于我们的分析所提供的物理见解，我们提出了一个通用平台，可以在外部照明下在开放结构中实现极高的场增强。支持嵌入本征态的结构是物理系统中可以驯服极端（原则上是无界的）响应的一个罕见例子。我们提出的设计配方，以实现连续的束缚态也提供了一个简单的模型，允许测试的重要问题，围绕嵌入本征态的概念，如它们对光子态的局部密度的影响。我们的研究结果有助于澄清哪些纳米光学和无线电波应用可能受益于这种不寻常和奇异的反应。
2018-02-05 physics.optics
Significant crosstalk reduction using all-dielectric CMOS-compatible metamaterials
最近的一个计算结果表明，高限制模式可以实现全介质超材料（S。贾哈尼等例如，Optica 1，96（2014））。这大大减少了介质波导之间的串扰，为高密度光子电路铺平了道路。在这里，我们通过实验证明，在一个标准的绝缘体上硅（SOI）平台上，在两个硅条形波导之间使用一个简单的超材料，导致耦合长度增加约10倍。所提出的结构可能会导致硅光子器件尺寸的显著减小。
2016-11-11 physics.optics
Photonic crystals as metamaterials
Veselago的富有远见的工作激发了过去十年的深入研究，以实现具有前所未有的电磁（EM）特性的人造结构。这些被称为超材料的结构通常是周期性的基于金属的谐振结构，其表现出超出天然材料可能性的有效本构参数。例如，它们可以表现出光学磁性或同时表现出负的有效磁导率和介电常数，这意味着负折射率的存在。然而，被称为光子晶体的周期性电介质和极性材料也可以表现出超出天然材料的EM能力。本文综述了光子晶体系统超材料能力的条件和表现形式。
2020-06-13 physics.app-ph physics.optics
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
Flexible but Refractory Single-Crystalline Hyperbolic Metamaterials
本研究通过磁控溅射在柔性云母基底上沉积难熔氮化物超晶格，成功制备出柔性单晶双曲超材料，其在可见至近红外波段具有低损耗、高优值的双频带双曲色散，且在加热和弯曲下保持优异稳定性，为高性能柔性光电器件提供了可扩展的制备途径。
2023-04-26 physics.optics
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
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
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
Phase diagram for the transition from photonic crystals to dielectric metamaterials
光子晶体和超材料代表了两种看似不同的人工电磁介质，但它们通常由以周期性晶格排列的类似结构元件组成。重要的问题是如何区分这两种类型的周期性光子结构的参数，如介电常数和晶格间距，连续变化。在这里，我们讨论之间的过渡光子晶体和全介质的超材料，并介绍了一个相图和序参量的概念，这种结构的材料，基于米氏和布拉格共振的物理。我们表明，一个周期性的光子结构转换成超材料时，米氏间隙打开低于最低的布拉格带隙的均匀化方法可以证明和有效的磁导率变为负值。我们的理论方法证实了详细的微波实验组成的一个正方形晶格的玻璃管充满热水的亚晶。这种分析产生了对周期性光子结构的性质的深入了解，它也提供了一个有用的工具，用于设计不同类别的电磁材料在广泛的参数范围。
2015-07-31 cond-mat.mes-hall 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
New horizons in near-zero refractive index photonics and hyperbolic metamaterials
本文概述了近零折射率和双曲超材料在光与热发射、非线性光学、传感及时变光子学等新兴领域的研究现状、挑战及其对控制光与物质相互作用的重要意义。
2023-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic and Metamaterial Structures as Electromagnetic Absorbers
电磁吸振器在许多领域受到越来越多的关注。一系列的等离子体和超材料结构可以作为有效的窄带吸收器，由于激发等离子体或光子共振，提供了一个巨大的潜力，在设计选择性的热发射器，生物传感等应用在其他应用，如太阳能收获和光子检测，光吸收器的带宽要求是相当宽的。在这样的背景下，人们提出了多种宽带/多带吸收机制，如多共振混合、激发相位共振、利用各向异性材料减慢光的传播速度、采用高损耗材料等。
2014-04-23 physics.optics
Photonic Spin Hall Effect in Waveguides Composed of Two Types of Single-Negative Metamaterials
偏振控制光信号路由在光子学中有许多重要的应用，如偏振分束器。利用二维集总元件传输线，实验研究了由两种单负异向介质构成的波导中导模的选择性激发。放置在两种单负超材料界面附近的局部圆偏振发射器仅与一个导模耦合，该导模具有由源的偏振手性确定的特定传播方向。此外，这种光学自旋-轨道锁定现象，也称为光子自旋霍尔效应，对界面波动具有鲁棒性，这在电磁信号的操纵中可能非常有用。
2017-11-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tamm states in one dimensional photonic crystals containing left-handed materials
本文研究了由左手材料和右手材料交替构成的半无限一维光子晶体与均匀介质的界面处的电磁表面波，称之为左手光子晶体.我们发现了一种新型的表面模式的结构，即所谓的表面Tamm态，并证明了在光子晶体结构中的超材料的存在允许灵活地控制表面态的色散特性，并且可以支持具有反向能量流和涡旋状结构的Tamm态。
2006-07-19 physics.optics
Topological chiral edge states in deep-subwavelength valley photonic metamaterials
拓扑谷光子学是光子学的一个新的前沿领域，具有广泛的应用前景。以前的谷边界输运依赖于两个拓扑结构不同的域之间的内部边界处的扭结态。然而，最近的研究揭示了一类新的拓扑手性边缘态（CES）在谷材料的外部边界，这在光子学中仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出并实验证明了拓扑CES谷光子超材料（VPMM）通过精确地调整现场边缘电位。此外，VPMMs工作在深亚波长尺度。因此，支撑的CES是高度受限的和自引导的，而不依赖于包覆层来防止泄漏辐射。通过直接的近场测量，我们观察到体带隙，边缘色散，和强大的边缘传输通过尖角，这是标志的CES。我们的工作为探索谷光子学中的新型拓扑边缘态铺平了道路，并揭示了鲁棒和小型化的光子器件。
2021-08-23 physics.app-ph 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
Exploiting metamaterials, plasmonics and nanoantennas concepts in silicon photonics
光与亚波长金属纳米结构的相互作用是当前不同科学热点的核心，即等离子体，超材料和纳米天线。在过去的十年中，这些学科的研究已经产生了新的，强大的概念，提供了前所未有的程度的控制光操纵在纳米级。然而，直到最近，这些概念才被用于增加当前光子集成电路（PIC）中的光处理能力，传统上，光子集成电路仅依赖于元件尺寸大于光波长的电介质材料。在不同的PIC平台中，硅光子学有望成为主流，因为使用成熟的CMOS工艺制造能够大规模生产低成本PIC。在这篇综述中，我们讨论了引入超材料，等离子体和纳米天线领域的最新概念到硅光子集成平台的好处。我们回顾了这一方向的现有工作，并讨论了这种混合方法如何能够改善目前的PIC，使新的和破坏性的光子学应用。
2020-01-07 physics.app-ph physics.optics
Photonic Chern insulators made of gyromagnetic hyperbolic metamaterials
利用人工光子晶体和电磁超材料控制光的传播是光子学领域的一个重要课题。值得注意的是，在光子Chern绝缘体的表面上或界面处的手性边缘态可以用于制造无反射波导。本文通过理论分析和电磁模拟，证明了旋磁双曲型超材料（GHM）是一种具有优良特性的光子Chern绝缘体。作为一种新的机制，在这些超材料中的双曲和旋磁效应的同时发生被证明打开与间隙陈数为1的大拓扑带隙。重要的是，与许多其他光子陈氏绝缘体不同，GHM陈氏绝缘体在其表面上具有非辐射手性边缘模式，因此允许在没有包覆金属的情况下制造单向波导，而包覆金属通常会产生相当大的欧姆损耗。此外，与晶体拓扑绝缘体相比，Chern绝缘体中的光子边缘态在很宽的长度尺度上都具有很强的抗无序性，并且通过改变外加磁场的方向，Chern绝缘体表面上的光流动方向可以很容易地翻转.有趣的是，我们发现拓扑表面波的负折射发生在GHM与旋磁参数相反的符号之间的边界。最后，我们表明，与其他光子拓扑材料，如手征双曲材料相比，目前的GHM陈氏绝缘体可以更容易地制作。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Four-wave mixing, quantum control and compensating losses in doped negative-index photonic metamaterials
研究了在负折射率超材料中掺杂共振非线性光学中心补偿吸收的可能性。讨论了NIM中量子干涉的作用和对向传播电磁波的四波参量放大的特殊性质。
2007-08-13 physics.optics quant-ph
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
Machine Learning enables Ultra-Compact Integrated Photonics through Silicon-Nanopattern Digital Metamaterials
University of Utah（犹他大学）；School of Computing, University of Utah（犹他大学计算学院）
在这项工作中，我们展示了三个超紧凑的集成光子器件，这是通过机器学习算法结合时域有限差分（FDTD）建模设计的。通过将设计域数字化为“二进制像素”，这些数字超材料也很容易制造。通过展示各种器件（分束器和波导弯曲），我们展示了我们的方法的一般性。由于占地面积小于${λ_0}^2$，我们的设计是迄今为止报道的最小的设计之一。我们的方法将机器学习与数字超材料相结合，以实现超紧凑，可制造的设备，这可以为新的“光子学摩尔定律”提供动力。"
2020-11-27 cs.LG physics.app-ph physics.optics
Photonic Analogue of Two-dimensional Topological Insulators and Helical One-Way Edge Transport in Bi-Anisotropic Metamaterials
最近在了解凝聚态物质的拓扑性质方面的进展导致了时间反演不变拓扑绝缘体的发现。由于自然界的限制，拓扑非平凡的电子秩序似乎是罕见的，除了在小带隙半导体与强自旋轨道相互作用。在这篇文章中，我们表明，人工电磁结构，称为超材料，提供了一个有吸引力的平台，设计光子类似物的拓扑绝缘体。我们证明，一个明智的选择的超材料参数可以创建光子相位，支持一对螺旋边缘状态，这些边缘状态使单向光子传输，是强大的对无序。
2012-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Efficient integrated graphene photonics in the visible and near-IR
石墨烯光子学已经成为提供期望的光学功能的有前途的平台。然而，石墨烯的单层尺度厚度从根本上限制了可用的光物质相互作用，这对集成器件构成了关键的设计挑战，特别是在石墨烯等离子体激元不成立的波长范围内。虽然已经提出了几种等离子体设计来增强这些机制中的石墨烯光相互作用，但它们由于金属吸收而遭受大量的插入损耗。在这里，我们报告了一个非谐振超材料为基础的波导平台，以克服与石墨烯器件相关的设计瓶颈。这种超材料结构即使使用金属也能够实现低插入损耗。通过研究波导色散特性，通过封闭形式的分析，它表明，超材料的方法可以提供优化的光场与石墨烯单层重叠。这使得基于石墨烯的集成组件具有优异的光学性能。具体地，超材料辅助的石墨烯调制器与Si纳米线相比可以提供消光比的5倍改善，同时与等离子体结构相比将插入损耗降低一个数量级。因此，这种波导配置允许人们最大化石墨烯在电信和可见光区域中保持的光学势。
2017-05-10 physics.optics
