Nonlocal effects in temporal metamaterials
非定域性是光子学中的一个基本概念。例如，空间调制超材料中的非局域波-物质相互作用可以产生新的效应，如巨电磁手性，人工磁性和负折射。在这里，我们研究了{ \em temporal}超材料中空间非局域性引起的效应，即，介电常数随时间快速调制的介质。通过严格的多尺度方法，我们介绍了时间周期性异向介质的非局域有效介质理论的一般和紧凑的形式。特别是，我们研究了两种情况：{ \em i）}周期性的时间调制，和{ \em ii）}时间边界的介电常数突然改变的时间和周期性调制。我们发现，这些配置可以引起奇特的非局部效应，我们强调的相似性和差异相对于空间超材料同行。有趣的是，通过定制有效的边界波-物质相互作用，我们还确定了一个有趣的配置，时间超材料可以执行入射波包的一阶导数。我们的理论结果得到了全波数值模拟的支持，引入了可能为新应用铺平道路的关键物理成分。通过充分利用时间反演对称性破缺，非局域时间超材料有望成为高效、可调谐的光学计算器件。
2022-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlocal homogenization for nonlinear metamaterials
我们提出了一个一致的理论方法来计算有效的非线性极化率的异向介质，同时考虑频率和空间色散。采用离散偶极子模型，我们证明了空间色散的影响变得特别明显的有效介电常数共振附近的非线性介电常数达到其最大值。在这种情况下，空间色散可以使得能够同时生成具有相同频率和偏振但不同波矢量的两个谐波信号。我们还证明了，当空间色散效应可以忽略时，非线性极化率的推导表达式转化为已知的形式。除了揭示新的物理现象，我们的结果提供了有用的理论工具，分析谐振非线性超材料。
2016-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Retrieving effective material parameters of metamaterials characterized by nonlocal constitutive relations
参数检索是一个过程中，有效的材料属性被分配给一个给定的超材料。一种广泛使用的技术基于从超材料板的反射和透射的反演。到目前为止，局部本构关系已被频繁地考虑在此检索过程中描述的超材料在有效的水平。然而，这是不够的。检索到的局部材料特性经常不能可靠地预测在偏离检索中已经考虑的那些的情况下来自板的光学响应，例如，当以不同的入射角照射板时。为了显着改善这种情况，我们在这里描述了一个参数检索，也是基于从板的反射和透射的反演，它描述了超材料在有效水平与非局部本构关系。我们检索的有效材料参数的鱼网超材料的例子。我们证明了非局部本构关系比局部本构关系更能描述光学响应。我们的方法是广泛适用于一大类的超材料。
2018-12-20 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
Far-field super-resolution imaging with a planar hyperbolic metamaterial lens beyond the Fabry-Perot resonance condition
我们证明了利用平面双曲超材料透镜（PHML）可以实现远场超分辨成像，超越了法布里-珀罗共振条件。尽管PHML的厚度远大于波长，但PHML不仅可以高透过率地透射辐射波和倏逝波，而且可以收集图像区域内所有的波，并且它们的幅度在同一数量级。提出了一种实现远场超分辨成像的PHML设计方案，光源与像之间的距离为波长的10倍。我们表明，我们的PHML的超分辨率是强大的损失，和PHML可以通过周期性堆叠的金属和电介质层。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall 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
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
Interface conditions for a metamaterial with strong spatial dispersion
局部本构关系，即弱空间色散，通常被认为是有效描述的异向介质。然而，他们往往是不够的，由于非局部性的影响，即一个强大的空间分散，遇到。最近（K.~ Mnasri等人，arXiv：1705.10969），已经引入了非局部本构关系的通用形式，其可以根据色散关系准确地描述超材料的体特性。然而，由这种非局部超材料制成的功能器件的描述还需要确定合适的界面条件。在这篇文章中，我们推导出了这种非局部超材料的界面条件。
2017-09-29 math.AP physics.class-ph 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
Enhanced nonlocal effects in metamaterials with moderate-index inclusions
我们研究了一类具有中等折射率夹杂物和低平均介电常数的多层超材料。通过第一性原理计算，我们表明，在这种情况下，一阶和二阶空间色散效应可能会表现出显着的非共振增强，并可能成为可比的本地响应。它们的相互作用提供了丰富的色散制度，包括额外的非凡波和拓扑相变。特别是，我们确定了一种新的配置具有约束和断开iscrystalline轮廓。由于它们不依赖于高折射率夹杂物，我们提出的超材料可能构成一个有吸引力的和技术上可行的平台，工程非局部效应在光学范围内。
2017-04-07 physics.optics
Boundary Effects of Weak Nonlocality in Multilayered Dielectric Metamaterials
由交替的深亚波长电介质层的周期性堆叠组成的多层超材料中的非局部（空间色散）效应已知是可以忽略不计的弱。反直觉地，在某些临界条件下，弱非局域性可能会建立强大的边界效应，而传统的（本地）有效介质模型基于简单的混合公式没有捕捉到。在这里，我们表明，这种现象可以卓有成效地研究和理解的误差传播的多层膜的光学传输矩阵的轨迹和反轨迹的迭代映射。我们的方法有效地参数化这些特殊的影响，通过非常简单和有见地的封闭形式的表达式，使直接识别的关键参数和制度。我们还展示了如何通过适当的非局部校正来捕获这些边界效应。
2018-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Roadmap on Nonlocality in Photonic Materials and Metamaterials
本文路线图综述非局域光子材料与超材料的前沿进展，涵盖自然与人工非局域效应、超表面非局域工程及其在波前控制与波计算中的应用，并展望未来挑战与机遇。
2025-03-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Scattering matrix of the boundary of a nonlocal metamaterial providing insights into non-Maxwellian boundary conditions due to spatial dispersion
我们提出了一个简单的局部均匀介质和潜在的非局部超材料/光子晶体之间的界面模型。这个模型使我们能够计算散射矩阵元素的界面上的平面波的光垂直入射在界面上从任何一个方向。所得的散射矩阵提供了深入了解非麦克斯韦边界条件之间的界面处的均匀介质和超材料/光子晶体与强空间色散。我们用数学的方法来描述这个模型。作为一个例子，用该模型计算了真空与简单光子晶体界面的散射矩阵。计算散射矩阵元的几个测试。最后，我们使用的散射模型的结果来假设可能的形式为非麦克斯韦边界条件。
2012-06-15 cond-mat.mtrl-sci 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
Nonlocal homogenization theory in metamaterials: effective electromagnetic spatial dispersion and artificial chirality
我们开发，从第一原理，一个通用的和紧凑的形式主义预测的电磁响应的超材料与非磁性夹杂物在长波长的限制，包括空间色散到二阶。具体而言，通过诉诸一个合适的多尺度技术，我们表明，介质有效介电常数张量和一阶和二阶张量描述空间色散可以通过平均合适的空间快速变化的字段每个satysifing类静电方程内的超材料单位细胞进行评估。对于具有可忽略的二阶空间色散的超材料，我们利用一阶空间色散和互易双各向异性电磁响应的等价性，推导出一个简单的表达式的超材料的手征张量。这样的表达式使我们能够系统地分析复合空间对称性对电磁手征性的影响。我们发现，即使超材料是几何非手性的，即，它是从它的镜像不可区分的，它显示伪手性Ω电磁手性，如果需要恢复反射后的介电分布的旋转是$0^\circ$或$90^\circ$旋转围绕一个轴正交的反射平面。这两种对称的情况包括具有手征响应的二维和一维超材料。作为一个例子承认充分的分析描述，我们讨论一维的超材料，其单一的手征参数被证明是直接相关的超材料的介电分布的求积。
2015-01-22 physics.optics
Aberration-Free Imaging Based on Parity-Time Symmetric Nonlocal Metasurfaces
经过几个世纪的发展，用于聚焦和成像的透镜设计已经得到了优化;然而，常规透镜即使在其最理想的实现中，仍然受到基本限制，例如分辨率的限制和光学像差的存在，这是折射定律所固有的。尽管随着超材料的出现，这些限制中的一些至少在理论上得到了放松，但在实现理想的无像差成像的道路上仍然存在一些挑战。在这里，我们表明，宇称时间对称的概念，结合定制的非局部响应，可以克服这些挑战中的一些，我们演示了一个损失免疫，线性，横向不变，无像差的平面化超材料透镜的设计。
2015-09-24 cond-mat.mes-hall 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
Asymmetric Negative Refraction in Nonlocal Double-Wire Metamaterials
Instituto de Telecomunicações and Department of Electrical and Computer Engineering, University of Coimbra（科英布拉大学电信研究所与电气与计算机工程系）；Photonics Initiative, Advanced Science Research Center, City University of New York（纽约市立大学高级科学研究中心光子学倡议项目）；Physics Program, The Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生院物理学项目）；University of Lisbon–Instituto Superior Técnico and Instituto de Telecomunicações（里斯本大学高等技术学院与电信研究所）
本研究展示异质双线超材料通过非局域响应实现损耗非对称双曲色散，产生角度选择性的非对称负折射，为定向能量传输和角度选择性波控提供新途径。
2026-09-29 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
Birefringent left-handed metamaterials and perfect lenses
我们描述了双折射左手材料的性质，并介绍了双折射完美透镜的概念。我们证明，在一个鲜明的对比，传统的左手完美的镜头在$ε=μ=-1$，其中$ε$是介电常数和$μ$是磁导率，双折射左手透镜可以集中TE或TM偏振波或两者，允许TE和TM图像的空间分离。讨论了左手双折射透镜在亚波长尺度下的分束和近场诊断等方面的应用。
2004-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Homogenization of nonlocal wire metamaterial via a renormalization approach
众所周知，定义超材料的局部折射率要求波长相对于其微观结构的尺度（通常为周期）较大。然而，反过来并不成立。有简单的结构，如无限的，完美的导线介质，保持非本地任意大的波长周期比。在这项工作中，我们将这些结果扩展到更现实和相关的情况下，有限导电性的有限导线介质。在准静态制度的超材料是由一个非本地的介电常数，这是使用两个尺度重整化方法解析获得。通过全矢量三维有限元计算，其精度进行了测试和确认。此外，有限线介质表现出大的吸收和小的反射，而它们的低填充因子允许相当大的自由度来控制超材料的其他特性，例如其机械、热或化学鲁棒性。
2010-03-31 physics.comp-ph physics.optics
Aperiodic-Order-Induced Enhancement of Weak Nonlocality in Multilayered Dielectric Metamaterials
最近对全介电多层超材料的研究表明，通常在深亚波长层的极限中观察到的可忽略不计的小非局部效应（空间色散）可能会被某些临界参数区域中发生的特殊边界效应显着增强。到目前为止，在周期性和随机无序的几何形状中观察到的这些现象，表现为有限尺寸超材料样品的精确光学响应与基于混合公式的传统有效理论介质模型的预测之间的强烈差异。在这里，特别关注Thue-Morse几何，我们朝着将上述研究扩展到非周期性有序多层膜的中间地带迈出了第一步，该多层膜介于完美的周期性和无序之间。我们发现，也为这些几何形状，存在临界参数范围，有利于建设的边界效应导致强烈增强（否则可忽略不计弱）的非局域性。然而，潜在的机制与在周期性情况下观察到的机制根本不同，并且表现出典型的足迹（例如，分形间隙、准定域状态），其具有非周期性顺序的特征。我们的研究结果表明，非周期性秩序在上述边界效应的建立中起着关键作用，并且也可能在光学传感器，吸收器和激光器中找到潜在的应用。
2018-11-03 cond-mat.mtrl-sci 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
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
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
Design of thin-film photonic metamaterial Lüneburg lens using analytical approach
我们设计了一个全介质Lüneburg透镜作为绝热空变晶格明确占有限的薄膜厚度。我们描述了一个全解析的方法来补偿有限高度的亚波长介质结构中的通带制度。该方法从有效介质理论出发，计算出无限高晶格的有效折射率，然后在有限高平板波导中嵌入相同有效折射率的介质，利用波导色散图计算出新的有效折射率。结果进行了比较与传统的数值处理-直接带图计算，使用修改后的三维晶格的覆盖层和基板包括在细胞的几何形状。我们表明，分析结果与数值结果吻合良好，和薄膜Lüneburg透镜的性能是很大的不同，假设无限高得到的估计。
2011-11-17 physics.optics
Spontaneous Emission in Nonlocal Materials
光与物质的相互作用可以被周围的环境显著地改变。在这里，我们报告的第一个实验观察分子自发发射内的高度非局部超材料的基础上的等离子体纳米棒组件。我们发现，发射过程不仅是由其局部有效介质色散的拓扑结构，但也由复合材料的非局部响应，使不同的几何参数，但相同的局部有效介质属性的超材料表现出不同的Purcell因子。一个创纪录的高增强的衰变率观察，在协议与开发的定量描述的Purcell效应在非本地介质。工程材料的非定域性为量子电动力学引入了额外的自由度，从而在量子信息处理、光化学、成像和传感中实现了新的应用。
2016-05-16 physics.optics
Construction of a polarization insensitive lens from a quasi-isotropic metamaterial slab
我们提出采用准各向同性超材料（QIMM）板构造偏振不敏感透镜，其中E偏振和H偏振波表现出相同的重聚焦效果。对于浅入射角，QIMM板将以与各向同性负折射率材料相同的方式提供一定程度的重聚焦。再聚焦效应使我们能够引入近轴光束聚焦和相位补偿的QIMM板的想法。在角谱表示的基础上，给出了傍轴光束通过QIMM平板传输的描述形式。由于QIMM板中的负相速度，提出了傍轴高斯光束的逆Gouy相移和负瑞利长度。我们发现真空中的Gouy相移所引起的相位差可以用QIMM板中的逆Gouy相移所引起的相位差来补偿。只要满足一定的匹配条件，物面的光强分布和相位分布就可以在像面完全再现。我们的模拟结果表明，超透镜效应与亚波长的图像分辨率可以实现在QIMM板的形式。
2007-02-26 physics.optics
Sub-wavelength focusing meta-lens
我们表明，具有空间可变元原子参数的平面等离子体超材料可以将透射光聚焦到位于超材料近场之外的亚波长热点中。通过纳米结构化金膜，我们创建了一个超透镜阵列，当被800 nm的波长照射时，产生直径为160 nm（0.2λ）的焦点。我们把亚波长热点的出现归因于超振荡现象。
2012-11-07 physics.optics
Nonlocal Microwave Engineering: Shaping Dispersion Relations and Enabling Frequency-Momentum Transformations via Time-Switched Long-Range Interactions
School of Electrical and Computer Engineering, Cornell University（康奈尔大学电气与计算机工程学院）
本文提出非局部传输线超材料作为研究微波频率范围内非局部性的平台，通过理论框架推导色散关系，并展示如何利用该结构实现任意偶对称色散关系，同时通过时间切换非局部传输线超材料实现复杂频率-动量转换。
2026-04-17 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
Primordial Media: the shrouded realm of composite materials
该研究揭示了纳米结构复合材料的电磁性质由非局域性主导，打破了组件尺寸减小则趋同于均匀材料的传统认知，提出了原初超材料和非局域有效介质两种新机制，为电磁复合材料设计开辟了新维度。
2025-07-15 physics.optics
Perfect compensation of absorption in metamaterials for diffraction-unlimited imaging
为了克服传统光学器件的分辨率限制，先前已经开发了使用负折射率平面透镜（NIFL）的近场成像技术，其放大入射场的倏逝分量。在这里，一种技术的开发和证明，以补偿损失的非理想NIFL通过确定的传递函数的镜头，并随后将逆未解决的原始图像。结果是具有亚衍射极限分辨率的补偿图像。
2016-12-22 physics.optics
Axion electrodynamics without Witten effect in metamaterials
本文提出轴子电动力学的非局域扩展，设计了一种保留 Kerr 与 Faraday 旋转但不产生双子电荷、因而无 Witten 效应的非互易非局域超材料。
2023-08-16 cond-mat.mes-hall hep-ph physics.optics
A metamaterial telescope at millimetre wavelengths
本文提出并验证了一种完全由热压多层超材料平面透镜构成的毫米波望远镜，在90-190 GHz频段性能与传统折射望远镜相当，同时实现超过80%的减重并降低低温涂层风险。
2025-01-01 astro-ph.IM physics.optics
Density Effects on the Negative Refractive Index of a Split Ring Resonator Metamaterial
基于互补介质的完美透镜和隐身是负折射率材料的可能应用。超材料是通过调整有效介电常数和磁导率来实现这一特性的天然候选材料。超材料的$n<0$的微调受到粗粒夹杂物的限制，粗粒夹杂物使电磁参数作为其密度的函数而离散。我们研究了在微波频率下超材料的负折射率与晶格周期线密度的关系。在波导截止频率以下的频带中，通过填充有开口环谐振器阵列的波导来获得负折射率。通过在1 GHz的带宽上调谐密度，保持了典型的完美透镜效应的特殊值$n=-1$。观察到超材料在其上操作的截止密度。第二个临界密度以上的传输饱和被发现接近Pendry限制。这些结果的密度的负折射率超材料开辟了新的途径，微调本构参数在所需的值，通过变换光学。
2010-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Metamaterial lens of specifiable frequency-dependent focus and adjustable aperture for electron cyclotron emission in the DIII-D tokamak
在非均匀磁化等离子体中，不同频率的电子回旋辐射起源于不同的位置。为了从环形等离子体约束装置（例如，托卡马克）的外边缘同时观察多个ECE频率，收集光学器件的焦距应随频率增加，以使沿着磁场梯度的视线上的分辨率最大化。在这里，我们提出了一个分区的超材料透镜的设计和数值研究，这样的特点，可能部署在DIII-D托卡马克的83 - 130 GHz的ECE辐射计。该透镜由一个小型化元件移相器的同心阵列组成。这些从所需的高斯光束腰位置开始进行逆向工程，并进一步优化，以考虑衍射和有限孔径效应，这些效应往往会使腰部发生位移。同时，我们施加了高和均匀的透射率，平均在所有移相器。示出的焦距从1.37米增加到1.97米的频率范围内的利益，如所需的低场DIII-D放电（B =-1.57 T）。将透镜缩回到后退位置相应地刚性地移动腰部，导致在较高场（高达B =-2.00 T）下的EC发射层位置的良好匹配-在瑞利长度的一小部分内。此外，示出了改变透镜孔径可以如何"非刚性地"移动腰部以更好地匹配EC发射层的非刚性移动与磁场。所提出的数值方法是非常普遍的，可以用来工程的任何依赖的焦距上的频率，包括零或最小的色差。
2014-10-13 physics.optics physics.plasm-ph
Topological transition in coated wire medium
本文提出了一种由平行金属线和介质层组成的超材料的非局部均匀化理论。结果表明，通过改变金属丝介电层与基质材料之间的介电对比度，可以使超材料的色散区从椭圆色散区转变为双曲线色散区，即发生拓扑转变.我们通过全波数值模拟证实了我们的理论预测。
2016-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A gradient index metamaterial
超材料--具有定制电磁响应的人工结构材料--可以被设计成具有现有材料难以实现的特性。在这里，我们提出了一种结构化的超材料，基于导电开口环谐振器（SRR），它具有一个恒定的空间梯度的有效折射率。我们通过测量微波束在宽频率范围内的复合超材料的平板的偏转，实验证实了梯度。梯度折射率超材料代表了开发梯度折射率透镜和类似光学器件的替代方法，其可能是有利的，特别是在较高频率下。特别是，我们提出的梯度折射率材料可能适用于太赫兹应用，其中磁共振响应的SRR最近已被证明。
2004-07-13 physics.optics
Full Hydrodynamic Model of Nonlinear Electromagnetic Response in Metallic Metamaterials
近年来，金属超材料的应用引起了极大的兴趣。超材料在光学范围内的电磁行为通常以局部线性响应为特征。在这篇文章中，我们开发了一个有限差分时域（FDTD）的解决方案的流体动力学模型，描述了金属中的自由电子气体。扩展超出本地线性响应，流体动力学模型，使非本地和非线性之间的相互作用的数值研究电磁波和金属超材料。通过明确地施加电流连续性约束，所提出的模型是在一个自洽的方式解决。利用Maxwell流体动力学FDTD模型，首次证明了高次谐波产生的电荷、能量和角动量守恒定律。该模型产生的非线性光学响应的复杂的金属异向材料的各种波形照射。因此，多物理场模型为表征和设计非线性纳米器件提供了独特的机会。
2016-10-30 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.comp-ph
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
Selective Radiative Heating of Nanostructures Using Hyperbolic Metamaterials
提出利用环形透明双曲超材料调控等离激元共振角模式，实现亚波长纳米线间的选择性辐射加热，可用于辐射热管理。
2014-12-16 physics.optics
Lasing Action with Gold Nanorod Hyperbolic Metamaterials
相干纳米级光子源对于实现全光通信至关重要。几种小于衍射极限的纳米激光器已经在理论上被提出，并通过实验证明了使用等离子体腔来限制光场。这种紧凑的腔体表现出大的Purcell因子，从而增强了自发发射，该自发发射进入激光模式。然而，迄今为止报道的大多数等离子体纳米激光器都采用了共振纳米结构，因此激光发射仅限于共振波长附近。在这里，我们报告了一种基于金纳米棒双曲超材料的激光发射方法。双曲超材料由于光学状态的大光子密度而提供宽带Purcell增强，同时还支持表面等离子体模式以由于纳米棒介质中的非局部效应而提供用于激光发射的光学反馈。我们通过与椭圆色散超材料的比较，实验证明了双曲超材料在实现激光作用方面的优势。数值模拟比较了不同色散的异向介质的Purcell因子和表面等离子体激元模式，支持了实验结果的结论。我们表明，虽然这两种类型的超材料支持激光，发射与双曲线样品的两倍左右，与椭圆形的阈值低35%。因此，双曲型超材料可以作为一个方便的平台，选择纳米相干光子源在一个广泛的波长范围。
2016-09-16 physics.optics
An integrated super resolution THz 3D imaging system based on a linear nonlocal achromatic freeform Bessel beam lens and high power oscillator radiator array
City University of Hong Kong（香港城市大学）；Southeast University（东南大学）
该研究针对传统太赫兹3D成像的局限，提出将3D打印非局部自由形式贝塞尔光束透镜与高功率CMOS振荡器辐射器阵列集成的平台，利用非局部相互作用生成特定光束，克服旁瓣限制，实现高保真2D及3D成像，建立了通用经济的下一代集成太赫兹光子学范式。
2026-07-23 physics.optics
Effects of manufacturing tolerances on the performance of metamaterial microwave anti-reflection coatings
Science Institute, University of Iceland（冰岛大学科学研究所）；The Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University（斯德哥尔摩大学物理系奥斯卡·克莱因中心）
本研究探究制造公差对超材料微波减反射涂层性能的影响，通过对带超材料减反射涂层的塑料有限样品进行全波建模，表征ARC几何随机变异性对其性能的影响。
2026-08-20 astro-ph.IM physics.optics
Control of Förster energy transfer in vicinity of metallic surfaces and hyperbolic metamaterials
光学腔、等离子体结构、光子带晶体、界面，以及一般来说，具有均匀或空间不均匀介电常数的任何光子介质（包括超材料）都具有与真空中不同的光子态局部密度。已知这些修改的态密度环境控制自发发射的速率和角分布。在本研究中，我们提出的问题是否接近金属和超材料表面可以影响其他物理现象的基本和实际的重要性。我们发现，相同的基板和相同的非局部介电环境，提高自发发射，也抑制福斯特能量转移到一个薄的聚合物薄膜掺杂的供体和受体分子之间。这一发现与以下事实相关：在电介质中，自发发射的速率与折射率n成正比，而施主-受主能量转移的速率（在受主随机分布的固溶体中）与n^-1.5成正比。这种启发式的对应关系表明，在常规电介质中依赖于n的其他经典和量子现象也可以用定制的超材料、等离子体结构和空腔来控制。
2015-04-16 physics.optics
Angular-Channel Capacity and Nonlocal Wavefront Engineering for Phased-Array--Lens Systems
Edward S. Rogers Sr. Department of Electrical and Computer Engineering, University of Toronto（多伦多大学爱德华·S·罗杰斯电气与计算机工程系）
该研究建立相控阵-透镜系统高方向性波束扫描的角信道界限，提出利用非局域介质超透镜实现接近极限的波前工程，实验验证了保持50°扫描范围并提升2.5-3.5分贝方向性的紧凑圆柱形超透镜。
2026-09-25 physics.class-ph physics.optics
Thickness bound for nonlocal wide-field-of-view metalenses
Metalenses --用光学超表面制成的平面透镜--有望实现更薄、更便宜和更好的成像系统。实现足够的角度视场（FOV）对于实现该目标至关重要，并且需要定制的入射角相关响应。在这里，我们表明，有一个内在的权衡之间实现所需的广角响应和减少设备的厚度。它起源于空间和角度之间的傅立叶变换对偶性。人们可以写下描述期望的角度相关响应的传输矩阵，将其转换为空间基础，其中可以通过横向扩展来量化其非局域性程度，并基于这种所需的横向扩展来确定最小器件厚度。这种方法是通用的。当应用于宽视场镜头时，它预测作为视场、镜头直径和数值孔径的函数的最小厚度。该边界是紧的，因为一些反向设计的多层元表面可以接近我们发现的最小厚度。这项工作提供了指导非局部元表面的设计，提出了一个新的框架，建立边界，并揭示了多通道系统中的角度多样性和空间足迹之间的关系。
2022-05-19 physics.optics
Hyperbolic Metamaterials: From Dispersion Manipulation to Application
操纵等频轮廓线（IFC）的性质将为光与物质的相互作用提供有力的控制。重要的是，双曲型异向介质（Hysteresis），一类具有双曲IFC的人工各向异性材料已被深入研究。由于开放的色散曲线，Hyndrome支持传播高k模式，并具有增强的光子态密度。因此，利用HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC还讨论了半导体和HMM为基础的结构，如超晶体的色散操纵。本教程中给出了理论方法和实验平台。最后介绍了双曲型色散的一些潜在应用
2019-09-23 physics.optics
Nonlocal Metasurface Lens for Long-Wavelength Infrared Radiation
本文提出基于硒化锌衬底上锗薄膜的非局域超透镜，利用晶格共振与稳定几何相位，在10.3 μm实现厚度仅1.45 μm的深亚波长低损耗红外成像与传感器件。
2025-05-12 physics.optics
Focusing: coming to the point in metamaterials
指出了几何光学在亚波长聚焦分析中的局限性。分析了线光源在麦克斯韦鱼眼透镜和Veselago-Pendry平板透镜中成像的分辨率。前一种光学介质是从虚球的赤平投影推导出来的，它的非均匀折射率n（r）与1+r^2的倒数成正比。后者由均匀但负的折射率描述。有人认为鱼眼镜头是一个没有负折射的完美镜头[Leonhardt，Philbin arxiv：0805.4778v2]。然而，我们指出，在这样的非均匀介质中的超分辨率的定义应计算相对于均匀介质中的波长，它可能是更充分地谈论共轭图像，而不是一个完美的图像（前者不一定包含源的倏逝分量）。我们数值计算发现，麦克斯韦鱼眼和厚银片透镜导致的分辨率接近λ/3的横向磁极化（电场指向垂直的平面）。我们注意到在后一个透镜中的像平面的移位。我们还观察到，两个源导致多个二次图像在前一个镜头，确认从光线沿测地线的虚拟球。我们进一步观察到的分辨率范围从λ/2到近λ/4的磁偶极子的横向电极化的强度（磁场指向正交的平面）的鱼眼内的偶极矩的不同方向。最后，我们分析了伊顿透镜的源和它的图像位于一个单位盘的空气，或在电晕1<r<2的折射率$n(r)=\sqrt{2/r-1}$。在这两种情况下，图像分辨率约为lambda/2。
2010-09-02 math-ph math.DG math.MP
