Terahertz active spatial filtering through optically tunable hyperbolic metamaterials
我们从理论上考虑红外驱动的双曲型超材料能够空间过滤太赫兹辐射。超材料是由交替的半导体和电介质层制成的平板，其在太赫兹频率下的均匀单轴响应显示出不同符号的主折射率。由超材料双曲色散提供的间隙允许板在通过改变红外辐射强度可调谐的带宽内停止空间频率。我们数值上证明了设备的功能，通过诉诸全波模拟耦合到半导体层中的红外辐射光激发的电荷载流子的动力学。
2012-05-30 physics.optics
One-Atom-Thick IR Metamaterials and Transformation Optics Using Graphene
在这里，我们从理论上表明，通过设计和操纵空间不均匀的，非均匀的导电性图案在一个单一的石墨烯薄片，这种单原子层材料可以作为一个“一个原子厚”的平台，红外超材料和转换光学设备。已知通过使用栅极电场和/或磁场改变化学势，可以改变THz和IR频率中的石墨烯电导率。这种多功能性提供了一种可能性，即石墨烯单片上的不同“补丁”具有不同的电导率，这表明了一种构建“单原子厚”IR超材料和转换光学结构的机制。我们的计算机模拟结果为设想众多的红外光子功能和超材料概念铺平了道路-所有这些都在“一个原子厚”的平台上-我们在这里列出了一些：边缘波导、引导光的弯曲带状路径、光子分离器和组合器、作为“平坦”超材料的构建块的“单原子厚”IR散射元件、作为平坦超透镜的薄带，和“一个原子厚”的亚波长红外透镜作为傅立叶和变换光学的工具。
2011-01-18 physics.optics
Modeling of causality with metamaterials
双曲超材料可以用来模拟2+1维闵可夫斯基时空，其中时间的作用由空间坐标之一扮演。当超材料被建造并用相干的非寻常激光束照射时，超材料内部光传播的静止模式可以被视为粒子世界线的集合，这代表了这个2+1维时空的完整历史。虽然这个模型可以用来建立有趣的时空类比，如超材料黑洞和大爆炸，但它缺乏因果关系：由于超材料内部的光可以沿着类时空间坐标来回传播，未来的事件可能会影响过去的事件。在这里，我们证明了一个更复杂的超材料模型可以通过打破原始模型的镜像和时间（PT）对称性并沿着类时空间坐标产生单向传播来修复这一缺陷。由此产生的2+1闵可夫斯基时空似乎是因果的。这种情况可以被认为是一个超材料模型的惠勒-费曼吸收理论的因果关系。
2012-12-14 gr-qc physics.optics
Experimental observation of effective gravity and two times physics in ferrofluid-based hyperbolic metamaterials
最近有人提出，双曲型超材料中的异常光波表现出两次物理行为（Phys. Rev. Lett. 105，067402，2010）。通过对铁/钴基双曲型超材料的类重力非线性光学的研究，我们在实验上观察到了这种效应。除了传统的时间坐标外，沿超材料光轴方向的空间坐标也表现出类时特性，这导致了这些系统中非常不寻常的二次物理行为。
2020-08-20 gr-qc 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
Transformation optics for cavity array metamaterials
腔阵列超材料是一种新型的工程超材料结构，它是由晶格中的光学微腔通过紧束缚相互作用耦合而成。由于CAM的组成元件的尺寸与设备的工作波长相称，因此它不能以与传统超材料相同的方式直接利用经典变换光学器件。通过直接变换系统的内部几何形状，并局部调整腔之间的介电常数，我们提供了一个替代的框架，适合于紧束缚实现的超材料。我们开发了一个基于CAM的斗篷作为案例研究。
2013-04-04 physics.optics quant-ph
Optical models of the big bang and non-trivial space-time metrics based on metamaterials
光学的超材料提供了有趣的桌面模型，许多非平凡的时空度量。可能性的范围比经典广义相对论所允许的范围更广。例如，无限超材料中的非常波经历了一个有效的度规，这在形式上等价于2+2维中的“两次物理”模型。提出了一个类似于“大爆炸”事件的光学模拟，在这个过程中，一个（2+1）闵可夫斯基时空被创造出来，大量的粒子填充在这个时空中。这样的超材料模型使得能够实验探索作为温度和/或光频率的函数的到闵可夫斯基时空和从闵可夫斯基时空的度量相变。
2009-08-17 gr-qc physics.optics
Nonlocal Optics of Plasmonic Nanowire Metamaterials
我们提出了一个分析描述的非局部光学响应的等离子体纳米线超材料，使负折射，亚波长光操纵，和发射寿命工程。我们表明，在纳米线介质中传播的光波的色散的结果从横向和纵向电磁模式的耦合支持的复合材料，并推导出这种色散的非局部有效介质近似。我们推导出的轮廓的电场的单位细胞，并使用这些表达式来解决长期存在的问题的附加边界条件的计算波的透射和反射的非局部纳米线介质。我们验证我们的分析结果与数值解麦克斯韦方程组和讨论推广的发展形式主义其他单轴超材料。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum optical effective-medium theory for layered metamaterials
超材料的量子光学始于一个问题，即有效介质理论是否适用于经典光学。总的来说，答案是否定的。对于主动等离子体，但也为一些被动的超材料，我们表明，一个额外的有效介质参数是必不可少的，除了有效的指数，即有效的噪声光子分布。只有有了这个额外的参数，人们才能预测超材料中光的量子态保持得有多好。在超材料的量子光学中，单独的有效折射率并不总是足够的，而一个附加的有效参数就足够了，这一事实既具有基础性又具有实际意义。本文从具有线性增益和损耗的介质的量子电动力学的拉格朗日描述出发，计算了量子光在层状超材料中沿任意方向传播的有效噪声-光子分布，从而详细和推广了我们最近的工作[ E. Amooghorban等人，物理修订版信函${\bf 110}$，153602（2013）]。有效折射率及其方向和偏振依赖性与经典有效介质理论相同。作为我们的主要结果，我们推导出被动和主动介质的有效噪声光子分布的值也取决于光的偏振和传播方向。有趣的是，对于TE-偏振光入射到无源超材料上，噪声光子分布减少到热分布，但对于TM-偏振光，它不是。我们说明了我们的量子光学有效介质理论的鲁棒性的准确预测功率谱和平衡零差检测的超材料的输出量子态。
2016-06-25 physics.optics quant-ph
Subwavelength optical spatial solitons and three-dimensional localization in disordered ferroelectrics: towards metamaterials of nonlinear origin
我们预测在非平衡铁电晶体中存在一类新的多维光局域化。在二维中，无衍射光束以任意低功率水平形成，并且即使当它们的宽度远低于光波长时也能传播。在三维空间中，人们发现了一种新型的亚波长光弹，当成分无序的晶体进入亚稳态玻璃态时，这种效应就会显现出来，它可以对超分辨成像和超密度光存储产生深远的影响，同时类似于所谓的超材料的许多特性，如抑制倏逝波。
2011-02-24 cond-mat.dis-nn physics.optics
Physics-informed neural networks for inverse problems in nano-optics and metamaterials
在本文中，我们采用新兴的范例物理通知神经网络（PINNs）的解决方案的代表性逆散射问题的光子超材料和纳米光学技术。特别是，我们成功地应用无网格PINNs检索的有效介电常数参数的一些有限尺寸的散射系统，涉及许多相互作用的纳米结构以及多组分纳米粒子的艰巨任务。我们的方法是充分验证基于有限元法（FEM）的数值模拟。基于物理学的逆散射深度学习技术的发展可以设计新型功能纳米结构，并通过自然地考虑辐射和有限尺寸效应，超越传统有效介质理论的限制，显着拓宽超材料的设计空间。
2020-03-17 physics.comp-ph physics.optics
Demonstration of a Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies
本文演示了利用广义相对论时空变换工具与超材料相结合，通过坐标变换在空间中开孔，从而在微波频率下实现电磁隐身斗篷的方法。
2025-07-04 cond-mat.other physics.optics
High sensitivity ultraviolet graphene-metamaterial integrated electro-optic modulator enhanced by superlubricity
研究了基于具有超润滑性的石墨烯等离子体超材料纳米机械系统（NEMS）的紫外电光调制系统。由于石墨烯在紫外区的强光吸收强度和基于表面等离子体的超材料结构的结合，紫外NEMS电光调制器在可见光区的调制深度接近同类调制器的8.5倍。同时，由于其极低的摩擦系数，超润滑性显著降低了UV电光调制系统的功耗。它还显著提高了调制器的响应速度，可以达到纳秒的量级。调制电压可以低于200 mV。该电光调制系统结构简单、灵敏度高，在紫外光电子器件和系统中具有重要的应用价值。
2022-02-25 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Generalized transformation optics from triple spacetime metamaterials
本文提出了变换介质设计策略的各种扩展。我们表明，它是可能的分配不同的变换空间的场强张量（电场和磁感应强度）和激发张量（位移场和磁场），分别。以这种方式，可以克服标准转化介质的若干限制。特别是它可以提供一个几何解释的非互易性以及不确定的材料。我们表明，这些转换可以补充一个连续的版本的电磁对偶性和评论的关系，场转换超材料的互补方法。
2008-10-27 physics.gen-ph physics.optics
Simons Observatory: Broadband Metamaterial Anti-Reflection Cuttings for Large Aperture Alumina Optics
我们提出了设计，制造和测量性能的超材料抗反射切割（ARC）的大格式氧化铝过滤器工作在超过一个倍频程的带宽部署在西蒙斯天文台（SO）。ARC由亚波长特征组成，这些特征使用具有近微米精度的定制切割锯切割到光学器件的表面。该设计实现了对入射角高达20 $^\circ$的反射的高精度控制。ARC在覆盖75-170 GHz频段的四个42 cm直径滤波器和覆盖200-300 GHz频段的50 mm直径原型上进行了演示。这些样品的反射率和透射率是使用宽带相干源测量的，该宽带相干源覆盖从20 GHz到1.2 THz的频率。这些测量结果表明，随着波长接近超材料结构的长度尺度，对目标通带的反射率进行了高水平控制，并且透射率迅速降低，其中散射主导了光学响应。后一种行为使得能够使用超材料ARC作为该限制中的散射滤波器。
2022-10-10 astro-ph.IM 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
Normal form computation of nonlinear dispersion relationship for locally resonant metamaterial
本文提出两种策略用于局部共振超材料链的非线性色散关系计算，CNF-PN在保守情况下表现更优，而CNF-BP在处理非基谐波时存在限制。
2025-11-26 math.DS physics.app-ph physics.class-ph
Dynamic Kerr and Pockels Electro-Optics of Liquid Crystals in Nanopores for Active Photonic Metamaterials
具有基础材料无法实现的特性的光子超材料已经开始彻底改变光学元件设计。然而，它们的特殊特性通常是静态的，因为在制造过程中人工设计到材料中。这通常限制了它们在操作中可调节光学器件和有源光学器件中的应用。在这里，对于由注入液晶的纳米多孔固体组成的混合材料，我们通过施加平行于其圆柱形孔的长轴的交变电场来展示其超光学的主动和动态控制。第一谐波普克尔和第二谐波克尔双折射响应，强烈依赖于激发频率和温度，观察到的频率范围从50 Hz到50 kHz。这种奇特的行为定量跟踪的Landau-De Gennes自由能分析的有序-无序取向的棒状介晶和密切相关的变化，在固体壁上的单孔，元原子尺度上的分子迁移率和极性锚定的转变。因此，我们的研究表明，注入液晶的纳米孔表现出集成的多物理耦合和可逆的相变，使它们特别有前途的设计光子超材料的热电可调双折射在新兴领域的时空超材料，旨在完全时空控制光。
2021-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
