Silicon metasurfaces for third harmonic geometric phase manipulation and multiplexed holography
非线性波前控制是利用超颖表面实现非线性光学应用的关键要求。非线性频率转换和波前控制的许多方面已经被证明用于等离子体超颖表面。然而，一些缺点限制了它们在非线性纳米光子学中的应用，包括高耗散损耗和低光学损伤阈值。相比之下，已经表明，由高折射率金属构成的超表面可以提供强的非线性响应。尽管最近在使用全介电纳米结构和超颖表面的非线性光学过程中取得了进展，但在直接利用生成过程实现完全波前控制方面取得的进展要少得多。在这里，我们展示了非线性波前控制的三次谐波产生与硅超颖表面。我们使用Pancharatnam-Berry相位方法对纳米结构硅超颖表面上的相位梯度和全息图像进行编码。实验证明了偏振相关的波前控制和编码全息图在三次谐波波长下的高保真再现。此外，我们表明，全息复用是可能的，通过利用三次谐波产生的偏振态。我们的方法简化了设计和制造过程，并铺平了道路，以一个易于使用的工具箱，非线性光学波前控制与全介质超颖表面。
2020-04-08 physics.optics
Optomechanical Self-Stability of Freestanding Photonic Metasurfaces
我们开发了一个分析框架，用于在三维空间中对独立超颖表面进行自稳定光学操作。我们的框架表明，具有挑战性的问题，稳定在三维的平移和旋转扰动减少到一个更简单的散射分析的超表面单元格在两个维度。我们推导出适用于任意三维径向超颖表面和径向光束强度分布的通用解析刚度系数。我们的框架的分析性质有利于高效地发现最佳的光学机械元表面。这种用于机械稳定的超颖表面的使用使得能够在准直但未聚焦的光束中进行宏观尺度和长距离控制，并且可以开辟超越传统光学镊子和传输的操纵的新途径。
2021-06-21 physics.optics
Full-channel wavefront manipulation of surface waves with chirality-assisted geometric-phase metasurface
Zhejiang University of Technology（浙江工业大学）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Aalto University（阿尔托大学）；Fudan University（复旦大学）
本研究提出手性辅助几何相超材料，实现四通道表面波前沿操控，展示表面波衍射器和超器件，同时产生聚焦束、贝塞尔束及偏转束，为高容量芯片通信提供新平台。
2026-03-11 physics.optics
Manipulating light at distance by a metasurface using momentum transformation
介绍了一种动量守恒的方法来操纵光的距离使用超曲面。给定超颖表面一侧的特定场和另一侧的特定期望场，建立了一般的动量边界条件，确定了超颖表面引起的振幅、相位和极化变化。这种方法，称为动量变换，使一个系统的方法来合成超表面的反射和透射场的完全控制。几个合成说明性的例子：一个涡旋超几何高斯光束和“延迟开始”加速光束的菲涅耳区域操作，和笔形光束辐射器和全息转发器的弗劳恩霍夫区域操作。
2014-11-08 physics.optics
Atomic metasurfaces for manipulation of single photons
超表面是一个新兴的平台，用于在二维平面上操纵光线。现有的超表面包括光学谐振器阵列，诸如等离子体天线或高折射率纳米棒。在这封信中，我们描述了一种新的方法来实现超颖表面的基础上电子跃迁的二能级系统（TLS）。这些元表面可以再现传统元表面中的所有主要结果。此外，由于TLS可以是无损的、可调谐的，并且比光学谐振器小几个数量级，因此原子超表面可以实现用光学谐振器难以实现的功能。具体来说，我们发展了量子散射理论来描述单光子与原子超颖表面之间的相互作用。在此基础上，我们以一个三能级的Λ型原子为例，从理论上演示了单光子的动态可调操纵。我们进一步展示了原子超颖表面自发发射光子的定向光束。
2016-09-09 physics.atom-ph physics.optics
Nonreciprocal optical metasurface based on spinning cylinders
本文提出基于旋转介质圆柱体相对论效应的非互易光学超表面新机制，利用Sagnac效应实现非对称与非互易波前操控，为自由空间非互易光学研究提供了新平台。
2024-11-24 physics.optics
Method for Extracting the Equivalent Admittance from Time-Varying Metasurfaces and Its Application to Self-Tuned Spatiotemporal Wave Manipulation
嵌入非线性电子的波形选择超颖表面具有自调谐的时变响应特性，在区分不同脉冲宽度的电磁波等方面有着广泛的应用。然而，到目前为止，它们仅利用空间均匀的散射轮廓来实现。在这里，通过将元表面建模为时变导纳片，我们提供了一种预测元表面时域响应的分析计算方法。这允许以等效片导纳的形式导出设计规范，这在合成具有时空控制的元表面中是有用的，例如以实现具有规定的时间相关衍射特性的元表面。作为一个例子，基于所提出的等效导纳片建模，我们合成了一个波形选择菲涅耳波带片，其焦距取决于入射脉冲宽度。所提出的脉宽相关元表面的合成方法可以扩展到设计具有更复杂的时空波操纵的元表面，有益于诸如传感、无线通信和信号处理的应用。
2022-09-27 physics.app-ph physics.optics
Thermally switchable polarization manipulation and diodelike transmission in scalable, resonator-free, mid-infrared metasurfaces with vanadium-dioxide grids
我们概念化的三个阵列可扩展的超颖表面，包括只有三个薄的带状网格和数值证明了他们的特点，在中红外光谱制度的可切换的偏振操纵和相关的非对称二极管状传输（AT）。一些或所有的网格被认为是由VO $_2$，相变材料。对于每个提出的超颖表面，两个有效的结构，因此，存在两个不同的功能，对应于VO $_2$的金属和绝缘相。实现的功能切换的情况下，取决于VO $_2$阶段显着依赖于VO $_2$被纳入到元表面的方式。偏振操纵的可切换波段高达40 THz宽。当法布里-珀罗（反）共振起作用时，AT波段可以被调制。
2022-03-23 physics.app-ph physics.optics
Manipulation over Surface Waves in Bilayer Hyperbolic Metasurfaces: Topological Transition and Multidirectional Canalization
本文研究了双层双曲超构表面中表面波的传播控制，通过层间耦合实现了传播方向数量和角度的切换，并实验验证了0至12.8度可调谐多向面内导引，为局域电磁信号高效面内传输铺路。
2023-08-01 physics.optics
All-Dielectric Meta-optics for High-Efficiency Independent Amplitude and Phase Manipulation
由亚波长散射元件组成的超颖表面，已经表现出对透射光的振幅、相位和偏振的显著控制。然而，如果使用单个超表面，则在传输时操纵幅度需要损耗。在这里，我们描述了高效率的独立操纵的振幅和相位的光束使用两个无损的相位只有metasurfaces分开的距离。有了这种配置，我们实验证明，如组合光束形成和分裂设备，以及那些用于形成复值，三维全息图的光学组件。复合超光学平台为实现高性能光学全息显示器和紧凑的光学部件提供了一种有前途的方法，同时表现出高的整体效率。
2021-04-02 physics.optics
Nonlinear Nonlocal Metasurface for Harmonic Generation and Manipulation
本文提出一种支持准俘获模式的非线性非局域超表面，通过拓扑非对称全介质超原子实现三次谐波增强超三个数量级，并利用PB相位在基波和谐波波长处实现螺旋性依赖的波前控制。
2025-07-18 physics.optics
Arbitrary manipulations of dual harmonics and their wave behaviors based on space-time-coding digital metasurface
时空调制超颖表面由于在空间和时间域中操纵电磁（EM）波的额外自由度而引起了显著的关注。然而，现有的技术具有有限的波控制能力，导致只有少数可行的方案，如仅调节一个特定的谐波。在这里，我们建议实现独立的操纵任意双谐波和他们的波的行为，使用空时编码（STC）的数字元表面。通过对超颖表面的反射相位采用不同的STC序列，可以同时实现两个期望谐波的独立相位图案配置，这进一步导致在两个谐波频率处的独立光束成形。建立了光谱和空间光束任意双谐波操纵的解析理论，并通过实验得到了验证。提出的STC策略为多功能可编程系统的设计提供了一种新的思路，在认知雷达和多用户无线通信等领域具有潜在的应用前景。
2020-06-26 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical manipulation with hyperbolic metasurfaces
辅助纳米结构将额外的灵活性引入光机械操作方案。能够控制近场区域处的电磁相互作用的超材料和超表面对于实现粒子的改进的空间定位、降低捕获所需的激光功率以及定制光学力的方向性特别有益。在这里，位于各向异性基板旁边的小颗粒上的光学力，进行了研究。一类特殊的双曲超颖表面被认为是在细节，并示出是有益的实现强大的光学拉力在一个广泛的光谱范围。格林函数的光谱分解能够识别不同相互作用通道的贡献，并强调了双曲色散制度的重要性，这在光机相互作用中起着关键作用。均匀化模型的双曲线metasurface相比，其金属-电介质多层实现，并示出预测的光学机械行为在一定条件下的结构的顶层的组成和其周期性。光学机械超颖表面为未来的基础研究和一系列实际应用开辟了一个场所，需要精确控制小物体的机械运动。
2018-11-04 physics.app-ph physics.optics
Multiphysics metamirrors for simultaneous manipulations of acoustic and electromagnetic waves
超颖表面已经显示出波的波前操纵的前所未有的可能性。研究工作集中于开发对一种物理性质的波（例如，对电磁波）执行特定功能的元表面。在这项工作中，我们提出了使用功率流共形元反射镜创建多物理场设备，可以同时控制不同性质的波。特别是，我们介绍了超表面设备执行指定的操作，在同一时间的电磁波和声波。使用基于表面阻抗的纯分析模型，我们引入了对电磁波和声波执行相同功能的元表面，并且更具有挑战性的是，对电磁学和声学执行不同功能。我们提供了现实的拓扑结构的实际实现建议的元表面，并确认与数值模拟的结果。
2020-02-03 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Metasurfaces for Simultaneous Focusing and Filtering
这项工作提出了简单的，聚合物，基于结构的光学滤波器，同时聚焦光的设计和制造。这些滤波器代表了衍射光学器件和超表面之间的边界处的新颖设计，其可以为数字和高光谱成像提供显著的优点。所提出的过滤器的制造过程类似于3D打印，并且基于使用双光子光刻的聚合物材料的直接激光写入。此外，印刷结构可用于创建用于纳米压印复制和大规模生产的模具。利用时域有限差分法（FDTD）模拟设计了可见光和近红外波段的滤波器。
2020-09-20 physics.optics
Manipulation of Orbital Angular Momentum Spectrum Using Shape-Tailored Metasurfaces
携带轨道角动量的涡旋光束在电磁、光学和量子系统中有着广泛的应用。一个定制的OAM频谱组成的几个特定的模式，如预期持有的承诺，扩大系统的自由度。然而，这样的宽带高纯度定制光谱是难以实现的现有设备，其中宽带振幅操纵尚未被探索。在这项工作中，受调制理论的启发，提出了一种优雅和通用的方法来操纵OAM频谱在宽带宽，通过使用形状定制的元表面。首先，证明了三角形晶格上的旋转亚原子具有比正方形晶格上更小的耦合畸变，这一行为对于Pancharatnam-Berry基超颖表面产生高纯度涡旋谱至关重要.其次，在超颖表面的空间排列和产生的涡旋光束之间建立了普遍的调制关系。最后，通过形状定制的超表面，从理论和实验上证明了宽带调制OAM光谱和梳状OAM光谱。提出的幅度调制方案为在宽带范围内实现OAM频谱的调控提供了一种新的思路和工程实现途径，将促进基于OAM的应用的发展。
2021-01-26 physics.app-ph physics.optics
Nonreciprocal Pancharatnam-Berry Metasurface for Unidirectional Wavefront Manipulation
提出利用 YIG 磁光效应与 PB 几何相位协同的亚波长非互易超表面，实现圆偏振光高隔离及单向光束偏转与聚焦。
2024-03-03 physics.app-ph physics.optics
Phase-change nonlocal metasurfaces for dynamic wavefront manipulation
本文提出基于Sb₂S₃相变非局域超表面和准BICs几何相位，实现非易失、可逆的动态波前调控，并展示了光束偏转、一维/二维聚焦及可调谐全息成像。
2023-09-11 physics.app-ph physics.optics
Manipulation of Giant Faraday Rotation in Graphene Metasurfaces
法拉第旋转是用于各种光学控制和磁场传感技术的基本磁光现象。最近，它表明，一个巨大的法拉第旋转可以实现在低太赫兹制度由一个单一的单原子石墨烯层。在这里，我们证明了这种特殊的性质可以通过适当的纳米图案化来操纵，特别是实现高达6THz的巨大旋转，其特征不小于100 nm。通过一个简单的物理模型预测了周期性图案化对法拉第旋转的影响，然后通过精确的全波模拟对其进行验证和改进。
2012-11-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Universal programmable on-chip metasurface building blocks for arbitrary high-order mode manipulation
片上模分复用（MDM）技术是一种很有前途的技术，可以进一步提高多模式信道数据通信的链路容量和带宽。模式转换器和模式交换器都是灵活模式操作不可缺少的基本部件。虽然之前已经开发了几种配置，但以通用的方式有效地操纵任意高阶模式以降低研发和原型制作成本仍然非常具有挑战性。在这里，我们开始一个突破，一个简单而通用的通用模式运营商构建块的概念，利用元表面结构。可编程任意高阶模算子可以同时实现模式转换和交换，具有竞争力和统一的性能，高稳定性和紧凑的尺寸，为片上多模光互连提供了典型的阶跃变化。
2020-07-15 physics.app-ph physics.optics
Gate-tunable conducting oxide metasurfaces
由亚波长人工结构的平面阵列组成的超表面显示出非凡的光操纵的前景;它们已经产生了新颖的光学元件，如平面透镜、波片、全息表面和轨道角动量操纵以及在宽范围的电磁波谱上的检测。然而，迄今为止开发的超颖表面的光学性质不允许在制造之后反射或透射波振幅和相位的通用可调谐性，因此限制了它们在广泛应用中的使用。在这里，我们实验证明了门可调超颖表面，使动态电控制的相位和振幅的平面波从超颖表面反射。可调谐性起因于结合到超颖表面天线元件中的导电氧化物层的复折射率的场效应调制，所述超颖表面天线元件以反射阵列几何形状配置。通过施加2.5 V的栅极偏压，我们测量了π的相移和反射率的~ 30%的变化。此外，我们还演示了在超过10 MHz的频率下的调制，以及通过对超颖表面元素的子组进行电气控制来实现+/-1阶衍射光束的电气切换，这是电可调谐光束转向相控阵超颖表面的基本要求。所提出的具有高光学质量和高速动态相位调制的可调谐超颖表面设计建议在用于成像和感测技术的下一代MEMS光学组件中的应用，例如可重构光束转向装置、动态全息图、可调谐MEMS透镜、纳米投影仪和纳米级空间光调制器。重要的是，我们的设计允许与电子器件完全集成，因此可以对单个超颖表面元件进行电寻址。
2015-11-26 physics.optics
Efficient Beam Manipulation with Phase Symmetry Operations on Modulated Metasurfaces
提出在调制超表面上执行相位对称操作，基于场叠加第一性原理以近乎无优化的方式生成波束宽度可控的一维、二维平顶与等通量波束，并经实验验证。
2023-11-07 physics.app-ph physics.optics
Full control of polarization states and phase distributions of light with dual-metasurfaces
控制光的相位和偏振态是几乎所有光学研究的重要目标。需要开发一种允许同时操纵偏振和相位分布的高效光学组件。传统的方法需要多个光学器件的组合，单个光学器件无法轻易实现对光的完全控制。我们从理论上预测和实验验证，我们提出的双超颖表面提供了一个很好的手段，同时操纵相位和偏振的透射光在纳米尺度。通过在界面上引入相位梯度，实现了近红外区域偏振可控的近完美反常折射。在这些特性的基础上，我们创建了一个能够产生径向偏振光束的双超颖表面，展示了完全控制光的能力。这项工作为提高光的操纵自由度开辟了令人兴奋的途径，包括偏振和相位的传播方向和分布，并可能深刻影响广泛的等离子体应用。
2014-03-26 physics.optics
Nonlocal metasurfaces for spectrally decoupled wavefront manipulation and eye tracking
Geballe Laboratory for Advanced Materials, Stanford University（斯坦福大学格巴尔先进材料实验室）
基于超表面的光学元件通常通过用散射纳米结构的密集阵列赋予振幅和相位的空间变化来操纵光波。纳米结构的高度局域化和低光学品质因数（Q）模式对于波前整形是有益的，因为它们提供对电磁场的准局域控制。然而，许多新兴的成像、传感、通信、显示和非线性光学应用反而需要平坦的高Q光学元件，其提供显著的能量存储和对波前的高得多的光谱控制程度。在这里，我们展示了高Q，非局部超颖表面与原子薄的超颖表面元素，提供显着增强的光-物质相互作用和完全解耦的光学功能，在不同的波长。我们说明了一种可能的使用这种平面光学在眼睛跟踪的眼镜。在这里，在一副普通眼镜上图案化的超表面提供了在可见光谱上的世界的不受干扰的视图，并将近红外线重定向到相机以允许眼睛成像。
2021-02-11 cs.LG eess.IV physics.optics
Space-time gradient metasurfaces
超颖表面的特点是横向梯度的局部阻抗最近打开了令人兴奋的方向在纳米尺度上的光操纵。在这里，我们添加了一个时间梯度的图片，显示在一个表面上的时空变化可能会在很大程度上扩展在元表面的光操纵的程度，并打破他们的几个相关的对称性的约束。作为一个例子，我们合成了一个非互易的经典模拟电磁感应透明，打开一个狭窄的窗口，单向传输，否则不透明的表面。这些属性铺平了道路，磁自由，平面化的非互易性表面的自由空间隔离。
2015-06-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Flexible Metasurface Holograms
超表面全息图通常在刚性基底上制造。在这里，我们通过实验展示了在可见光范围内工作的宽带，灵活，适形，螺旋度多路复用超颖表面全息图，为现实生活中的实验室应用提供了更大的潜力。当圆偏振光入射到位于非平面目标上的反射型超颖表面上时，得到两个对称分布的全息图像。通过控制入射光的螺旋度，可以实现两个离轴像的互换，并具有很高的保真度。我们的超颖表面的特点是在一个灵活的，一致的环氧树脂抗蚀剂膜上的空间变化的金纳米棒的安排，以实现Pancharatnam- Berry相配置文件。这些结果为实际应用铺平了道路，包括偏振操纵，光束转向，新型透镜和全息显示。
2016-11-29 physics.optics
High quality factor metasurfaces for two-dimensional wavefront manipulation
光与微米和纳米结构的强相互作用在光学传感、非线性光学、有源光学器件和量子光学中起着关键作用。然而，对于波前整形，在亚波长尺度上对光的所需局部控制限制了这种相互作用，通常导致低品质因数的光学器件。在这里，我们展示了一种途径，高品质因数波前整形在两个空间维度的基础上，通过利用高阶米氏共振的全介质惠更斯超颖表面。我们设计并实验实现了透射式带阻滤波器、光束偏转器和径向透镜，在近红外波段测量的品质因数在202-1475的范围内。激发的光学模式和产生的波前控制都是局部的，允许有限孔径和倾斜照明的通用操作。我们的研究结果代表了近两个数量级的改进品质因数比以前的本地化模式的设计，并提供了一类新的紧凑型光学器件的设计方法。
2022-12-12 physics.app-ph physics.optics
Self-locking non-volatile coding metasurfaces via origami-based mechanical bits
Zhejiang University（浙江大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本文提出基于折纸机械比特的自锁非易失编码元表面，通过离散化机械变形实现稳定二进制状态，具备高鲁棒性和低功耗的电磁信息处理能力。
2026-01-27 physics.optics
Simultaneous Control of the Spatial and Temporal Spectra of Light with Space-Time Varying Metasurfaces
本文提出了时空变（STV）超表面，同时控制空间和时间频谱的电磁波。这些超表面将入射电磁波转换为具有任意时间和空间频率的指定反射和透射波。它们是在时域广义片跃迁条件（GSTC）方面合成的。此外，他们的特点是使用的分析方法和非交错时域有限差分（FDTD）技术，适用于空间-时间元表面。STV超颖表面执行脉冲整形，时间反转和分化的例子。
2019-03-31 physics.app-ph physics.optics
Wavevector Selective Metasurfaces and Tunnel Vision Filters
超颖表面在光传播的设计和控制方面提供了前所未有的灵活性，取代了大块光学元件并表现出奇异的光学效果。超颖表面的基本特性之一，使它们成为频率选择性表面，是能够在窄光谱带内传输或反射辐射，这可以根据需要进行设计。在这里，我们介绍和实验证明在太赫兹域的波矢量选择性表面的概念-超表面透明的光传播方向有效地操作隧道视觉过滤器的一个狭窄的范围内。新概念的实际应用包括波前操纵、观测仪器、光散射环境中的视觉和自由空间通信以及被动伪装。
2015-02-05 physics.optics
Gigahertz modulation of a fully dielectric nonlocal metasurface
针对非局域超表面难以快速高效调谐的问题，本文提出利用片上压电换能器激发机械波并通过光机械耦合实现全介质非局域超表面的吉赫兹调制，且超表面无导电材料、无光损耗。
2023-08-30 physics.optics
Nonlinear interferometry with infrared metasurfaces
由亚衍射光散射体或超表面组成的光学元件有望减少占地面积并展现光学设备的新功能。一个特别的兴趣是集中在操纵光束的相位和振幅的超颖表面。可以使用干涉测量法来执行超颖表面的表征，然而，干涉测量法可能是麻烦的，特别是在红外（IR）范围内。在这里，我们实现了一种新的方法，用于表征红外超颖表面的非线性干涉的基础上，它使用可访问的组件可见光。相关的IR和可见光子被发射到非线性干涉仪中，使得由超颖表面施加在IR光子上的相位分布修改可见光子波长处的干涉。此外，我们表明，这个概念可以用于宽带操纵的强度分布的可见光束使用一个单一的红外超颖表面。我们的方法展现了量子干涉术在表征先进光学元件方面的潜力。
2020-07-28 physics.optics quant-ph
Electrically Tunable Multifunctional All-Dielectric Metasurfaces Integrated with Liquid Crystals in the Visible
作为二维超材料，超表面为静态平面光学的设计开辟了新的途径。然而，实际应用需要光学波段中的超颖表面的动态调制。现有的动态器件很少利用超表面的偏振操纵能力。在这里，我们展示了一个电可调的多功能超颖表面在可见光范围内，通过集成双折射液晶（LC）与全介电超颖表面的基础上一种新的封装方案。通过结合超颖表面的螺旋度相关的几何相位和液晶分子的偏振控制能力，实现了两个螺旋度通道的连续强度调谐和切换。电调谐单通道可切换的元全息图，多路复用的元全息图，和动态变焦超透镜的设计来验证的概念。动态调谐中偏振控制的探索可以为各种应用中的动态超颖表面器件铺平道路，例如空间光调制器、光检测和测距系统以及全息显示器。
2020-12-25 physics.optics
General lossless polarization and phase transformation using bilayer metasurfaces
元表面光学元件能够以亚波长分辨率进行波前控制和偏振操纵。由诸如矩形纳米柱的线性双折射超原子制成的超表面通常用于控制相位和偏振，但是这些超原子的单层不能实现具有椭圆偏振或圆偏振本征态的变换（即，手性转化）。这里，示出了包括线性双折射超原子的两个级联超表面层提供了足够多的自由度来实现任意单一相位和偏振变换。描述了一种用于这种超结构的系统设计方法，并用于设计不能由单层双折射超原子实现的双焦点超透镜。所提出的设计和实现技术介绍了一种系统的方法，实现最一般形式的无损偏振和相位转换，使用超颖表面，具有高效率。
2022-03-31 physics.optics
Designing Metasurfaces to Manipulate Antenna Radiation
从传感到光学计算，设计师在纳米尺度上对光的操纵是几项下一代技术的关键。操纵光的一种方法是设计一种在亚波长尺度上结构化的材料，一种超材料，以具有一些期望的散射效果。超材料通常具有非常大量的几何参数，可以调整，使设计过程变得困难。现有的设计范式要么忽视自由度，要么依赖于数值昂贵的全波模拟。在这项工作中，我们推导出一个简单的半解析方法设计的超材料，从亚波长元件与电和磁偶极子共振。这与几个实验上可达到的制度有关。为了证明我们的方法的多功能性，我们将其应用到三个问题：附近的发射器之间的耦合的操作，将平面波聚焦到一个点，并设计一个具有特定辐射模式的介质天线。
2022-06-09 physics.optics
Single-Shot Simultaneous Intensity, Phase, and Polarization Imaging with Metasurface
针对传统光场三参数成像设备笨重、需多次测量且现有超表面成像仅能获取部分参数的问题，提出基于超表面的单次成像方法，可同步捕获任意分布光场的强度、相位与偏振信息，经实验验证通用性良好，有望应用于多领域。
2024-08-16 physics.optics
Extension of Babinet's relations to reflective metasurfaces: Application to the simultaneous control of wavefront and polarization
本文将巴比涅关系从透射型超表面扩展到含反射镜的反射型超表面，通过自互补结构实现太赫兹半波片，并演示高效率反常反射与偏振转换的同时控制。
2024-08-19 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic metagratings for simultaneous determination of Stokes parameters
测量光的偏振态是一个固有的困难问题，因为正交偏振态之间的相位信息通常在检测过程中丢失。在这项工作中，我们带来了在适当设计的相位梯度双折射超颖表面的归一化斯托克斯参数和衍射对比度之间的等价性，并引入了全偏振双折射metagrates的概念。由三个交织的超表面组成的超折射允许人们通过进行同时（即，平行）测量相应的衍射强度，立即揭示了在检查中的偏振态的斯托克斯参数。基于在800 nm波长下反射的等离子体超颖表面，我们设计并实现了相位梯度双折射超颖表面和相应的超颖，而所制造的组件的实验表征令人信服地证明了预期的功能。我们预见到在任何感兴趣的频率范围内，在紧凑的偏振设置中使用变形。
2016-09-15 physics.optics
Addressable metasurfaces for dynamic holography and optical information encryption
超颖表面能够以前所未有的水平操纵光传播，受益于传统光学元件无法获得的许多优点，例如超紧凑性，深亚波长尺度下的精确相位和偏振控制以及多功能性。在这一领域的最新进展已经见证了过多的功能元表面，从透镜和涡旋光束产生全息。然而，研究工作主要致力于静态设备，仅利用元表面可以提供的机会的一瞥。我们展示了一个动态超颖表面平台，它允许独立的可寻址的亚波长像素在可见光频率，通过控制化学反应的操作。特别是，我们创建先进的光学信息处理和加密的动态元表面全息图。被定制为在氢化/脱氢时表现出分级反应动力学的等离子体纳米棒构成复用超颖表面中的可寻址像素。光、氢、氧的螺旋度和反应持续时间充当加密元表面的多个密钥。一个单一的元表面可以用自定义的密钥解密成多种消息，具有紧凑的数据存储方案以及高级别的信息安全性。我们的工作提出了一种保护和传输机密数据的新途径，其中信息的访问受到高度限制。
2021-04-30 physics.app-ph physics.optics
Simultaneous achromatic and varifocal imaging with quartic metasurfaces in the visible
成像系统的两个关键指标是其放大率和光学带宽。虽然高质量的成像系统今天通过光学变焦实现了跨越整个可见光谱的带宽和放大率的大变化，但这些通常需要具有不适合尺寸受限应用的笨重元件的透镜组件。Metalenses提出了一种小型化的方法，但它们的强色差和缺乏变焦消色差元件限制了它们的实用性。虽然示例性宽带消色差超透镜可经由色散工程实现，但在实践中，这些设计限于小的物理孔径，因为大面积透镜将需要具有对于制造不可行的纵横比的相位补偿散射体。然而，许多应用需要更大的面积来收集更多的光子以获得更好的信噪比，并且还必须使用非偏振光。在本文中，我们同时实现消色差操作在可见光波长和变焦控制使用偏振不敏感，混合光学数字系统与区域不受色散工程散射体。我们推导出相位方程的共轭超颖表面，产生一个集中的加速光束的彩色焦移控制和广泛的可调焦距范围为4.8毫米（667屈光度的变化）。利用这种共轭对，我们实现了一个近光谱不变的点扩散函数在可见光区。然后，我们将元表面与捕获后去卷积算法相结合，在非相干白光下成像全色图案，展示了消色差的5倍变焦范围。同时消色差和变焦超透镜可以在各种领域中应用，包括增强现实，植入式显微镜和机器视觉传感器。
2020-01-27 physics.optics
All-optical Reconfiguration of Ultrafast Dichroism in Gold Metasurfaces
光学超颖表面作为一个有前途的纳米级光操纵平台，包括通过飞秒激光脉冲激发的超快全光控制，已经成为人们关注的焦点。最近，二向色超颖表面已经被利用来以前所未有的速度调制光的偏振状态。在这里，我们从理论上预测和实验证明泵浦探测光谱的能力，通过简单地作用于泵浦脉冲的偏振，这是重塑的光扰动的时空分布，以重新配置的超快二向色信号的金超颖表面。光致各向异性响应，驱动的平衡载流子和熄灭在亚皮秒的时间窗口，很容易控制的强度，通过调整激发的偏振方向到一个完整的符号反转。这项工作证明了非线性超颖表面提供了在完全全光学可重构平台中定制其超快光学响应的灵活性。
2022-01-10 physics.optics
Plasma-state metasurfaces for ultra-intensive field manipulation
College of Physics, Sichuan University（四川大学物理学院）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学光电学院）；University of Hong Kong（香港大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
研究旨在将超表面从固体拓展到等离子体领域，通过光子自旋霍尔效应等实验证明了等离子体态超表面，其功能可持续数皮秒，能用于控制高功率激光，有望革新高功率激光操纵能力并推动激光 - 等离子体相互作用创新应用。
2026-07-10 physics.optics physics.plasm-ph
Generation of superhelical time-varying OAM beam with space-time-coding digital metasurface
最近提出的利用高次谐波产生的轨道角动量随时间变化的极紫外（EUV）光束为量子激发控制和粒子操纵提供了非常好的工具。然而，这种方法不容易扩展到其他频率范围。在这里，我们设计了一个空时编码的数字元表面工作在微波频率实验产生不同模式的时变OAM。我们还介绍了一个概念的超螺旋度的时变OAM与高阶扭曲的波前结构，这可以进一步实现通过超颖表面的反射相位剖面在时间上的非线性。通过开发一种双探针测量技术，我们动态地映射OAM场模式随时间变化。提出的超螺旋时变OAM光束为粒子操纵和OAM复用通信铺平了道路。
2022-09-23 physics.app-ph physics.optics
Full-color complex-amplitude vectorial holograms based on multi-freedom metasurfaces
相位、偏振、振幅和频率代表了光的基本维度，对于基本的光-物质相互作用和所有主要的光学应用都起着至关重要的作用。Metasurface作为一个紧凑的平台出现来操纵这些旋钮，但以前的Metasurface在同时控制它们方面的灵活性有限。在这里，我们介绍了一个多自由度的元表面，可以同时和独立调制相位，偏振和振幅的解析形式，并进一步实现频率复用的k空间工程技术。多自由度元表面无缝地结合了几何Pancharatnam-Berry相位和迂回相位，这两者都是频率无关的。其结果是，它允许复振幅矢量全息图在各种频率的基础上相同的设计策略，没有复杂的纳米结构搜索的大规模尺寸参数。基于这一原理，我们在实验上展示了具有金属-绝缘体金属架构的可见光中的全色复振幅矢量元全息图，通过超颖表面解锁了长期寻求的高级光场操纵的全部潜力。
2019-12-24 physics.optics
Broadband Low-loss Unidirectional Reflection On-chip with Asymmetric Dielectric Metasurface
本文提出一种沿传播方向锥形化并采用双翻转结构的非对称介质超表面，在多模波导中于200 nm带宽内实现低损耗前向传输、>80%模式转换和90%背向反射抑制。
2025-06-07 physics.optics
Funneling and Sculpting of Optical Waves Through Non-Magnetic Metasurfaces
Chapman University（查普曼大学）
研究如何通过非磁性超表面实现光波的漏斗效应和塑形，采用基于电磁厚自对偶超表面的非共振方法，满足自对偶条件实现阻抗匹配传播与无反射能量转移，为电磁能量路由和限制提供策略，有广泛潜在应用。
2026-07-08 physics.optics
Nonlinear bicolor holography using plasmonic metasurfaces
非线性超颖表面全息显示了超颖表面在控制光的相位、振幅和偏振同时转换光的频率方面的巨大潜力。定制相干光束的散射特性以及源自超原子的非线性信号的散射特性的可能性促进了光束成形应用中的巨大自由度。最近，几种方法表明，虚拟物体或任何类型的光学信息可以在与激光输入光束不同的波长处产生。在这里，我们展示了一个单层的非线性几何相位元表面的等离子体纳米结构的同时产生的第二和第三谐波。与以往的工作不同，我们展示了一个双色全息图与不同类型的纳米结构，通过不同的非线性光学过程产生的颜色信息。两个谐波信号的振幅比可以根据纳米结构的共振以及入射激光束的功率和波长来调整。在傅立叶空间中，使用单个近红外波长在具有相等振幅的可见波长处重建双色全息图像。同时使用多个非线性过程的非线性全息术为全息彩色显示应用、增强的光学加密方案和多路复用光学数据存储提供了另一种途径。
2021-03-02 physics.optics
Multi-channel polarization manipulation based on graphene for encryption communication
提出一种基于石墨烯的可重编程偏振调制超表面，结合DRPE算法在太赫兹频段实现多通道实时信息加密，有效防止部分通道解码时的信息泄露。
2024-01-08 physics.app-ph physics.optics
Near-zero-sidelobe optical subwavelength asymmetric focusing lens with dual-layer metasurfaces
现有的非对称透射超颖表面通常由金属材料构成，光频效率低，不能同时实现光学非对称透射和聚焦。非对称聚焦透镜（AFL）虽然实现了声非对称聚焦，但获得的焦点伴随着较大的旁瓣。针对这些问题，本文提出了一种利用介质材料设计双层超颖表面的自聚焦光纤，可以同时实现光的非对称传输和聚焦。进一步通过优化AFL的设计理论，实现了亚波长量级的近零旁瓣聚焦。优化后的AFL在宽带范围内实现了NZS非对称聚焦，在光学微纳加工、量子通信、光学微操纵等领域具有巨大的应用潜力。
2020-01-04 physics.optics
Electrically tunable strong coupling in a hybrid-2D excitonic metasurface for optical modulation
针对室温下激子快速非辐射衰减和退相移限制有源激子超表面效率的问题，本文结合原始二维异质结构与非局域介电超表面增强激子光-物质相互作用，实现环境条件下强且电可调的激子-光子耦合，制成自由空间光调制器并展示9.9 dB反射率调制，为纳米光子器件提供新机遇。
2025-02-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Generation of cylindrical vector vortex beams by two cascaded metasurfaces
提出了一种简单有效的基于两个级联超颖表面的任意柱面矢量涡旋（CVV）光束的产生方法。该超颖表面作为空间变化的Panchratnam-Berry相位元件工作，并且可以产生任何期望的涡旋相位和矢量偏振。第一超表面用于切换与涡旋相关联的拓扑电荷的符号，并且第二超表面用于操纵局部极化。这种方法允许我们同时操纵CVV光束的偏振和相位。
2014-07-22 physics.optics
Integrated Plasmonic Metasurfaces for Spectropolarimetry
等离子体超颖表面能够同时控制光的相位、动量、振幅和偏振，因此在实现紧凑的光子器件中具有很大的实用性。在本文中，我们展示了一种新的芯片级设备，适用于同时偏振和光谱测量，通过使用六个集成的等离子体元表面（IPM），它将具有给定偏振态和光谱分量的光转换为定义明确的空间域。完整的校准和表征我们的设备，从而良好的光谱分辨率和偏振精度在500-700纳米的波长范围内示出。我们的设备在穆勒矩阵模态的功能证明通过测定的偏振特性的市售可变波片。我们提出的IPM是强大的，紧凑的，可以制造一个单一的光刻步骤，有前途的偏振成像，量子通信和定量传感的许多应用。
2016-04-26 physics.optics
Lossless, Complex-Valued Optical Field Control with Compound Metaoptics
从给定源形成期望的光场分布需要精确地空间控制场的振幅和相位。在过去的几年中，已经证明了允许光场的极端相位和偏振控制的低损耗超颖表面。然而，提供幅度控制的超颖表面仍然是有损耗的，利用诸如反射、吸收或偏振损耗的机制来控制幅度。在这里，我们描述的振幅和相位操纵的光场没有损失，通过使用两个无损的相位只有metasurfaces分开的距离。我们首先展示了一个组合的光束形成器和分裂器光学组件使用这种方法。接下来，我们展示一个高质量的计算机生成的三维全息图。所提出的超光学平台结合了无损、复值场控制与物理上小的厚度的优点。这种方法可以导致低轮廓，三维全息显示，紧凑的光学元件，和高精度的光镊微观粒子操纵。
2020-11-14 physics.optics
Tensor-driven geometric phase in nonlinear AlGaAs metasurfaces
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学纳米科学和纳米技术研究中心）；University of Brescia（布雷西亚大学）
研究通过非线性光束偏转和结构光生成，展示AlGaAs超材料中几何相位设计的灵活性，提升谐波生成效率。
2026-01-26 physics.optics
