High-transmissivity Silicon Visible-wavelength Metasurface Designs based on Truncated-cone Nanoantennae
高透射全介电超颖表面最近已经吸引了人们对实现超紧凑光学器件和系统的关注。特别是，考虑到与VLSI电路单片集成的可能性，基于硅的超颖表面是非常有前途的。实现在可见光波长下工作的硅基超颖表面仍然是一个挑战。对基于阶梯截锥纳米天线单元的硅超颖表面进行了数值研究。基于阶梯式圆锥几何形状的超颖表面可以被设计用于在700 nm至800 nm波长窗口中操作，并实现全周期相位响应（0至π），与先前报道的圆柱几何形状相比具有改善的透射率[1]。系统的参数研究的各种几何参数的影响，可实现的幅度和相位覆盖的报告。
2017-04-11 physics.optics
Embedded Scattering Eigenstates Using Resonant Metasurfaces
光学嵌入本征态是开放结构中与辐射相容的局域模，但它们具有无限的寿命和发散的品质因数。它们在所有维度上都是有限的纳米结构中的实现具有固有的挑战性，因为它们需要具有极端电磁特性的材料。在这里，我们开发了一种新的方法来实现这些束缚态的连续使用纳米粒子阵列组成的超表面。我们首先表明，阵列的无损纳米粒子可以实现嵌入的本征态的条件，然后探索使用银纳米粒子涂覆增益介质壳，以补偿材料损失和恢复嵌入的本征态，尽管现实的损失等离子体材料。我们讨论了可能的实验实现所提出的结构，并提供了有用的指导方针，在纳米光子学系统的实际实施大大增强了光-物质相互作用。这些超颖表面可以导致高效的激光器、滤波器、频率梳产生和传感器。
2018-02-12 physics.optics
High-Efficiency All-Dielectric Metasurfaces for Ultra-Compact Beam Manipulation in Transmission Mode
超颖表面是二维光学结构，能够完全控制光的振幅、相位和偏振。与等离子体超颖表面不同，平面硅结构有利于高传输、低损耗以及与现有半导体技术的兼容性。在这里，我们报告了在电信波长的传输模式下具有全2pi相位控制的高效率偏振敏感电介质超颖表面的实验演示。这样的硅超颖表面有望实现一个多功能的光学平台，在芯片上实现全光学电路。
2015-07-25 physics.optics
Perfect control of reflection and refraction using spatially dispersive metasurfaces
非均匀超颖表面（电薄复合层）可用于成形折射和反射的电磁波。然而，基于广义折射和反射定律的已知设计方法不允许实现完美执行的设备：总是存在一些寄生反射到不期望的方向。在本文中，我们介绍和讨论了一种通用的方法来合成的超表面的透射和反射平面波的完全控制，并显示出完美的性能可以实现。该方法是基于使用的等效阻抗矩阵模型连接的切向场分量在两侧的元表面上。通过这种方法，我们能够理解为了完美地实现所需的响应，需要元表面的哪些物理属性。此外，我们确定所需的超颖表面单位细胞的极化率，并讨论合适的细胞结构。看来，只有空间色散超颖表面允许实现入射平面波到任意方向的完美折射和反射。特别地，理想折射仅在超颖表面是双各向异性（弱空间色散）时才是可能的，并且没有偏振变换的理想反射需要具有对场的特定的强非局部响应的空间色散。
2016-08-22 physics.optics
Metasurface-Based Realization of Photonic Time Crystals
本文将光子时间晶体概念扩展至二维超表面，实验证实其在动量带隙内可实现指数波放大，为光子时空晶体实现及无线通信表面波信号放大提供了现实平台。
2023-04-11 physics.app-ph physics.optics
Metasurfaces for perfect and full control of refraction and reflection
在这次演讲中，我们提出并讨论了一种新的通用方法来合成的元表面的透射和反射场的完全控制。该方法是基于使用的等效阻抗矩阵连接的切向场分量在两侧的元表面上。找到阻抗矩阵组件，我们能够合成的元表面，完美地实现所需的响应。我们将解释可能的替代物理实现，并揭示双各向异性耦合的关键作用，以实现通过完全匹配的超颖表面传输的完全控制。这篇摘要总结了我们在超颖表面上的结果，以实现任意方向的完美折射。
2016-03-23 physics.optics
Realization of room temperature polaritonic vortex in momentum space with hybrid Perovskite metasurface
激子-极化激元是由活性激子材料与光子共振之间的强耦合机制产生的混合光物质激发。利用这些混合激发提供了一个丰富的游乐场，探索迷人的基本特征，如非平衡的玻色-爱因斯坦凝聚和量子流体的光，以及新的机制，将被利用在光电子器件。在这里，我们实验研究激子极化激元的形成所产生的混合无机-有机钙钛矿激子和光学束缚态之间的混合在一个连续体（BIC）的亚波长尺度超颖表面，在室温下。这些极化激元本征模，在此被称为极化激元BIC（pol-BIC），在反射率、共振散射和光致发光测量中被揭示。虽然pol-BIC只表现出有限的品质因数，这是由激子分量的非辐射损失的限制，他们完全继承BIC特有的功能：从辐射连续在垂直方向上，这是与一个局部消失的远场辐射在动量空间中的完全解耦。最重要的是，我们的实验结果证实，光子BIC的拓扑性质是完美地转移到pol-BIC。这是证明与观察极化涡旋的极化激子发射的远场。我们的研究结果铺平了道路，工程BIC物理的相互作用玻色子，以及新颖的室温极化激元器件。
2021-10-29 physics.optics
Fully-control of OAM vortex beam and realization of retro and negative reflection at oblique incidence using dual-band 2-bit coding metasurface
本文提出了一种反射型双频2位编码元表面（CM）设计，以实现在两个不同的工作频带，独立的双频功能。我们特别感兴趣的是通过编码的传播/动态相位，以实现和完全控制的轨道角动量（OAM）涡旋光束（VB）的双波段，独立地控制线偏振入射波。在这方面，我们执行数字加法运算，结合传统的OAM和相位梯度的编码序列，以构建拟议的CM。建议的CM生成和转向的OAM-VB与不同的拓扑电荷在较低和较高的频带，独立。类似地，所提出的CM通过结合传统OAM的编码序列和分裂相位单元来进一步扩展用于OAM-VB成形，并且，我们讨论了两种不同的场景。首先，进行OAM-VB分裂以独立地在低带和高带中实现不同的拓扑电荷。其次，实现了四光束整形，验证了本文提出的概念。最后，我们还研究了反射光束方向可以进一步独立控制，以实现在两个不同的工作波段的异常，负和回射。提出的概念将开辟多功能元器件的可能性，并将在许多应用中，如光学空间，量子光学，空间模式复用的电信，天文学等是有用的。
2019-05-17 physics.optics
Numerical Analysis of Lensless Imaging with Active Metasurfaces and Single-Pixel Detectors
提出一种基于主动超表面和单像素探测器的无透镜成像框架，通过数值模拟分析了其信息收集极限、调制速率与损耗对性能的影响，并验证了图像恢复与像差校正的可行性。
2024-11-13 physics.optics
Beam Manipulation by Hybrid Plasmonic-Dielectric Metasurfaces
提出了一种混合等离子体-电介质超颖表面，以便以期望的方式操纵光束传播。该超颖表面由沉积在低折射率基底（即二氧化硅）上的图案化混合石墨烯-硅纳米盘组成。结果表明，所提出的混合超颖表面同时受益于石墨烯基超颖表面和介电超颖表面的优点。特别地，我们表明，所提出的混合超颖表面不仅提供可重构性，就像以前提出的石墨烯基超颖表面，但也类似于介电超颖表面，它是低损耗和CMOS兼容。这种特殊的特征赋予超颖表面实现高效光学部件的特殊潜力。为了证明后一点，使用所提出的混合结构作为两个众所周知的光学功能的示例来执行聚焦和异常反射。这项工作开辟了一条新的路线，在实现可重构元器件与广泛的现实世界的应用，不能实现与被动的同行。
2018-05-05 physics.optics
Recent Advances in Bianisotropic Boundary Conditions: Theory, Capabilities, Realizations, and Applications
近年来，通过引入双各向异性超颖表面，已经实现了新的功能和前所未有的波前控制。双各向异性超颖表面的特征在于电响应、磁响应和电磁/磁电响应。一般来说，这些超颖面由位于亚波长厚的主介质内的金属或电介质颗粒的阵列组成，并且被近似和建模为沿着表面限定的无限薄的理想化片边界。一个适当的片边界条件，有效地模拟切向场的不连续性，由于阵列的磁电夹杂物是广义片过渡条件或GSTC。GSTC的几种形式出现在文献中。在这里，我们介绍每一种解释，并说明它们是如何相互关联的。概述了每种形式独特的合成方法。通过在超颖表面设计中利用GSTC，出现了新的可能性，这是传统的设计技术不可能仅包含电或磁响应的。由于超颖表面是使用双各向异性边界条件设计的，因此必须使用包含磁电响应的粒子来实现。这篇综述文章讨论了使用GSTC的超颖表面的设计，以及用于实现GSTC的双各向异性粒子。此外，它讨论了新的和最近的应用程序，已经出现了由于双各向异性，和未来的前景，在元表面设计使用双各向异性边界条件。其目的是提供一个全面的概述元表面设计涉及双各向异性和这篇评论文章作为一个起点的工程师和科学家，希望引入到元表面设计的双各向异性。
2021-10-16 physics.app-ph physics.optics
Tunable Polarization-Induced Fano Resonances in Stacked Wire-Grid Metasurfaces
堆叠超颖表面正在研究探索奇异的光学效果，不能实现与单层超颖表面。在这封信中，我们从理论上证明，堆叠的金属线栅超颖表面具有特定的偏振特性，有能力诱导可调法诺共振。开发的原始模型-结合循环场的方法与扩展的琼斯形式主义-揭示了引起极化引起的Fano共振的基本原理。理论框架的实验验证的概念，使用市售的线栅和太赫兹时域光谱仪。这种未探索的可能性开辟了一条通过使用堆叠的金属超颖表面来实现和控制法诺共振的替代路径。此外，这些研究结果表明，偏振可以作为一个额外的自由度的光学谐振腔的设计与增强和可调谐的性能。
2020-04-21 physics.optics
Arbitrary Polarization Generation in Magneto-optical Metasurfaces Enabled by Bound States in the Continuum
Keio University（庆应义塾大学）；The University of Tokyo（东京大学）
通过磁光超材料和外部磁场调控，实现垂直辐射下任意偏振态的连续生成，无需结构修改。
2026-03-12 physics.optics
Geometric Metasurface Fork Gratings for Vortex Beam Generation and Manipulation
近年来，具有轨道角动量的涡旋光束由于其在大容量光通信中的应用潜力而受到广泛关注。这种能力源于轨道角动量（OAM）的无界拓扑荷，它为编码信息提供了无限的自由度。产生涡旋光束的两种最常见的方法是通过叉形衍射光栅和螺旋相位板。虽然传统的螺旋相位板的实现需要复杂的3D制造，但新兴的超颖表面领域为产生任意轨道角动量的涡旋光束提供了平面和简便的解决方案。在这里，我们实现了一种新型的几何超颖表面叉光栅，无缝地结合了超颖表面相位板的功能，用于产生涡旋光束，和线性相位梯度超颖表面的功能，用于控制波的传播方向。因此，超颖表面叉形光栅能够同时控制光的自旋和轨道角动量。
2016-05-03 physics.optics
Polarization-Independent and High-Efficiency Dielectric Metasurfaces Spanning 600-800 nm Wavelengths
人工超颖表面能够以高空间分辨率完全操纵光的相位、振幅和偏振。基于高折射率和低损耗的超颖表面的新兴设计使得具有高透射率的新型超颖表面得以实现，但这些器件通常工作在有限的带宽内，并且对入射偏振敏感。在这里，我们首次通过实验报告了跨越约200 nm可见波长的偏振无关且高效的介电超颖表面，这对于在宽光谱范围内工作的新型平板光学器件非常重要。由多重对称纳米晶硅纳米柱组成的梯度超表面在670 nm处的衍射效率高达93%，在600 ~ 800 nm波长处的衍射效率超过75%。这些介电超颖表面具有很大的潜力，以取代棱镜，透镜和其他传统的光学元件。
2015-09-30 physics.optics
Flexible Full-Stokes Polarization Engineering by Disorder-Scrambled Metasurfaces
本研究提出一种基于两种超构原子按特定比例均匀分布的无序超构表面新方法，可独立灵活调控全斯托克斯偏振参数，理论验证了角度误差小、偏振度控制精度高的优异性能。
2025-01-10 physics.optics
Dielectric Metasurfaces for Complete Control of Phase and Polarization with Subwavelength Spatial Resolution and High Transmission
超表面是平面结构，其局部地修改反射或透射中的光的偏振、相位和振幅，从而使得能够实现具有由设计控制的功能的光刻图案化的平坦光学部件。透射超颖表面特别重要，因为实际上使用的大多数光学系统都是在透射中操作的。已经实现了几种类型的透射超颖表面，但是透射效率低或者对偏振和相位的控制有限。在这里，我们展示了一个基于高对比度介电椭圆纳米柱的超颖表面平台，该平台提供了对偏振和相位的完全控制，具有亚波长空间分辨率和实验测量的效率范围从72%到97%，具体取决于确切的设计。这样的完全控制使得能够使用相同的超材料平台实现大多数自由空间透射光学元件，诸如透镜、相位板、波片、偏振器、分束器以及偏振可切换相位全息图和任意矢量光束发生器。
2015-09-04 physics.optics
All-Angle Nonlocal Metasurfaces on Demand: Universal Realization of Normal Susceptibilities via Multilayered Printed-Circuit-Board (PCB) Cascades
提出一种基于多层印刷电路板（PCB）级联导纳片的闭式方法，实现超表面中切向与法向极化率的混合，从而实现全角度响应控制，并成功验证了全角度透明惠更斯天线罩与完美磁导体超表面。
2024-12-22 physics.app-ph physics.optics
Control of chirality and directionality of nonlinear metasurface light source via twisting
针对传统超表面无法原位动态调控的问题，本研究提出扭转多层非线性超表面结构，通过调控扭转角和层间间距及打破系统对称性，实现非线性光源偏振与方向性的多维调控，为多个光学领域提供新方向。
2024-10-09 physics.optics
An Idea of Implementing Photonic Space-Time Crystals Using Metasurfaces
本文针对光子时空晶体（PSTCs）缺乏实际实现的问题，提出并仿真了基于二维超表面的PSTC，展示其色散关系中的带隙特性与二阶奇异点性质，还演示了其在6G通信中的应用，推动PSTCs研究与应用发展。
2025-11-13 physics.app-ph physics.optics
Realization of the Tellegen Effect in Resonant Optical Metasurfaces
Aalto University（阿尔托大学）；University of Gothenburg（哥德堡大学）；Stanford University（斯坦福大学）
在共振光学超材料中实现强Tellegen效应，通过自发磁化产生100倍于自然材料的响应，展现非 reciprocal交叉偏振光反射。
2026-03-05 physics.app-ph physics.optics
Polarization switching of quasi-trapped modes and near field enhancement in bianisotropic all-dielectric metasurfaces
提出了一种实现电、磁准陷阱模位于同一谱位置的一般策略。这种策略的应用使得设计超颖表面成为可能，通过改变入射光波的偏振态，可以在电和磁准捕获模式之间切换。所开发的策略是基于两个阶段：应用偶极子近似确定的条件所需的实施被困模式和创建的能量通道，通过引入弱双各向异性的纳米粒子的激发。由于俘获模式的激发导致超颖表面平面中的电能和磁能的集中，因此偏振切换提供了在亚波长尺度上改变和控制光能的定位和分布的可能性。我们展示了一个实用的方法，光谱调谐的准陷阱模式的超颖表面组成的纳米粒子与预先选定的形状。作为例子，分析和讨论了由硅三角棱镜组成的超颖表面的光学特性。
2021-08-04 physics.optics
Geometric phase metasurfaces for linearly polarized light
本文提出并实验实现了准奇异点超表面，利用非厄米物理中的奇异点将几何相位直接作用于线偏振光，突破传统几何相位超表面仅适用于圆偏振光的限制，实现宽带高保真波前调控。
2025-11-10 physics.optics
Electro-optical modulation of light polarization in a nonlocal lithium niobate metasurface
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；EPFL, Insitute of Mechanical Engineering, Laboratory of Nanoscience for Energy Technologies（洛桑联邦理工学院机械工程学院纳米能源技术实验室）；ETH Zürich, Department of Physics, Institute for Quantum Electronics（苏黎世联邦理工学院物理系量子电子研究所）；Università di Brescia（布雷西亚大学）
该研究通过铌酸锂超材料实现电信波段光偏振的高效电光调制，利用高Q准束缚态增强调制效果，展示了紧凑平台在子波长电光器件中的应用潜力。
2026-02-02 physics.optics
Invisibility and perfect absorption of all-dielectric metasurfaces originated from the transverse Kerker effect
介电超颖表面具有独特的光子学效应，是当今轻物质技术的引擎。在这里，我们建议在理论上和实验上证明了一种新型的全介电超颖表面，其中每个构成的晶格元原子呈现出所谓的横向Kerker效应的高透明度的效果的实现。与惠更斯的超颖表面相反，入射波的相位和振幅在共振频率下保持不变，因此，我们的超颖表面完全在不可见状态下工作。我们实验证明，对于微波频率范围，从超颖表面的传输波的相位和振幅几乎不受影响。最后，我们演示了数值和实验，并在理论上详细解释了一种新的机制，以实现完美的吸收入射光的介电超颖表面放置在导电基板附近的谐振响应。在亚衍射极限，我们表明，上述效果主要是由组成元原子的光学响应，而不是集体晶格的贡献。随着频谱的可扩展性，我们的研究结果可以被纳入工程设备的能量收集，非线性现象和过滤器的应用。
2019-05-25 physics.optics
Dammann Metasurface Route to Overcoming the Uniformity Defects in Two-Dimensional Beam Multipliers
School of Electrical and Computer Engineering, Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学电气与计算机工程学院）
本文提出基于几何相位的Dammann超材料，通过高精度相位压印克服二维衍射图案的均匀性缺陷，实现高均匀性和效率，同时具备偏振无关和宽频带操作优势。
2026-05-09 physics.optics
High-Efficiency, Extreme-Numerical-Aperture Metasurfaces Based on Partial Control of the Phase of Light
高质量的平面光学元件需要大角度和宽波长范围内的高效光偏转。尽管相位梯度超颖表面通过利用亚波长尺寸的散射体向电场连续添加0至2π范围内的相移来实现这一点，但是它们的性能受到界面处相位调制的空间分辨率的限制。在这里，我们介绍了一类新的超颖表面的基础上的一般配方，其中的相移覆盖小于整个0-2π范围，提供显着的优势。更具体地说，这种方法允许实现具有更紧凑和更少相互作用的散射体的超颖表面，因此更精确的相位调制，并且将超颖表面的性能限制推进到显著超过全覆盖相位梯度方法的那些的域。将这一概念应用于等离子体和电介质表面，我们证明了大的相位梯度导致高数值孔径浸没超透镜（NA=1.4），在可见波长处具有近衍射极限分辨率（~0.32λ）。我们的概念能够增加功能，例如在单层上的宽带性能和波长解复用，超过了单层等离子体超颖表面的理论交叉偏振传输效率限制，并为介电超颖表面产生67%的效率。这项工作为实现高分辨率平面光学元件和高效等离子体元器件铺平了道路。
2018-07-18 physics.optics
Unlocking the out-of-plane dimension for photonic bound states in the continuum to achieve maximum optical chirality
实现具有真手性的无损超颖表面至关重要地需要制造三维结构，这限制了它们的实验可行性并阻碍了实际实现。尽管先前已经证明了金属纳米结构的三维组装，但是所产生的等离子体共振遭受高的固有和辐射损失。光子束缚态的概念在连续（BIC）是有助于定制辐射损失在不同的几何形状，特别是当使用无损的双折射实现，但应用程序迄今为止已被限制到平面和固有的非手性结构。在这里，我们介绍了一种新的纳米纤维的方法来解锁一般平坦的全介电超颖表面的高度作为一个可访问的参数，有效的谐振和功能控制。特别是，我们实现了准BIC超颖表面的面外对称性破缺，并利用这种设计自由度来首次展示具有最大固有手性的光学全介电准BIC超颖表面，该光学全介电准BIC超颖表面根据结构手性选择性地响应特定圆偏振的光。我们的实验结果不仅为全介质BIC和手性纳米光子学开辟了一个新的范例，而且还有望在实现有效产生光学角动量，全息超颖表面和宇称时间破缺光学系统方面取得进展。
2022-10-11 physics.optics
Designing high-transmission and wide angle all-dielectric flat metasurfaces at telecom wavelengths
全息术、无线传感和光保真度技术的最新进展已经导致需要能够支持针对宽角度范围的高效波束方向性的天线。透射阵列已被证明是有前途的候选人，用于确定这样的结构。在这里，我们提出了一个全面的亚波长全介质平面超颖表面的设计方法，具有高的传输和偏转范围。超表面与CMOS兼容，并且可以使用绝缘体上硅技术的传统加工来制造。优化后的结构在空气中20°至60°的广角偏转范围内，在1550 nm附近的工作波长下，效率高达95%。此外，我们提出了潜在的多波长和多模激发能力的设计的超级电池。这是通过将超颖表面的每个柱的谐振移动到感兴趣的波长来实现的，从而为利用单个结构进行波长复用开辟了机会。我们的研究结果有利于实现宽角度平面偏转器和全息设备，但也表明，今天的笨重和昂贵的光保真度光路由器可以被超小的芯片，制造成本低，可以在商业上实现。
2017-11-04 physics.optics
Exploiting hidden singularity on the surface of the Poincaré sphere
针对共偏振系统波前整形难题，提出一种利用 Poincaré 球表面隐藏奇点实现近单位效率全 2π 相移的拓扑保护相位调制机制，并在微波频段多层超表面中验证，扩展了平面光学设计工具箱。
2025-03-02 physics.optics
Parallel Optical Computing Based on MIMO Metasurface Processors with Asymmetric Optical Response
我们提出了一种偏振不敏感的超颖表面处理器来执行入射光束的空间非对称滤波，从而允许实时并行光学处理。为了实现大规模并行处理，我们引入了一种新的多输入多输出（MIMO）计算元表面，具有不对称的光学响应，可以对两个不同的输入信号进行空间微分，而不管它们的偏振。在我们的场景中，两个不同的信号设置在x和y方向上，平行和垂直于入射平面，同时照射元表面处理器，并且所产生的差分信号通过适当的空间低通滤波器（SLPF）彼此分离。利用广义片层跃迁条件（GSTCs）和表面磁化率张量，设计了一种非对称元原子，并对其进行了法向磁化率的增强，以实现在法向光照射下的非对称光学响应.还报告了原理验证模拟以及信号处理功能的成功实现。所提出的元表面克服了以前的研究所施加的主要缺点，如大型架构所产生的需要额外的子块，响应慢，最重要的是，只支持一个单一的输入与给定的极化。我们的研究结果为基于材料的模拟计算的未来发展奠定了基础，这些模拟计算使用高效且易于制造的MIMO处理器来实现紧凑，快速和可集成的计算元件，而无需任何傅立叶透镜。
2020-04-06 physics.optics
Optical Rashba effect in a monolithic light-emitting perovskite metasurface
Rashba效应，即在具有破缺的反转对称性的晶体的动量空间中电子自旋极化带的分裂使得能够实现自旋-轨道电子器件，其中通过自旋-轨道耦合来操纵自旋。在光学中，光偏振的螺旋度代表自旋-动量耦合的自旋自由度，光学拉什巴效应表现为动量空间中具有相反手性的光学状态的分裂。以前的光学Rashba效应的实现依赖于无源器件来确定表面等离子体或圆偏振光进入纳米结构的传播方向，或者来自与发光介质杂交的超材料的偏振发光的定向发射。在这里，我们展示了一个由光学Rashba效应支撑的有源器件，其中单片卤化物钙钛矿超颖表面发出高度定向的手性光致发光。将具有破坏的面内反转对称性的全电介质超颖表面设计直接压印到高折射率发光钙钛矿膜中，在室温下产生40%的光致发光的圆偏振度-比现有技术手性钙钛矿大一个数量级以上。
2021-08-03 physics.app-ph physics.optics
Electric-Magnetic-Switchable Free-Space Skyrmions in Toroidal Light Pulses via a Nonlinear Metasurface
该研究利用非线性超表面平台，在矢量脉冲驱动的宽带太赫兹产生中首次实验实现环形光脉冲内电、磁模式可切换的自由空间斯格明子，并观测其时空演化。
2025-08-29 physics.optics
Reflectarrays and metasurface reflectors as diffraction gratings
本文针对反射阵列与反射超表面提供基础教程，基于衍射理论统一解释两者的共同基本特性，旨在帮助深入理解相控阵与衍射光栅，推动可重构反射器发展。
2022-02-22 physics.app-ph physics.optics
Single-Step Grayscale Lithography of Multi-Depth Mie Void Metasurfaces
Institute of Applied Physics, The Faculty of Science, The Center for Nanoscience and Nanotechnology, The Hebrew University of Jerusalem（希伯来大学应用物理学院科学系纳米科学与纳米技术中心）；Singapore-HUJ Alliance for Research and Enterprise (SHARE), The Smart Grippers for Soft Robotics (SGSR) Programme, Campus for Research Excellence and Technological Enterprise (CREATE)（新加坡-希伯来大学研究与企业联盟（SHARE），软体机器人智能夹爪（SGSR）项目，卓越研究与技术企业园区（CREATE））
本文通过电子束灰度光刻实现多深度Mie空洞超材料的局部精确深度控制，利用不同曝光剂量调节PMMA厚度，生成可调谐的光子结构，实现可见光范围内的高精度色彩生成。
2026-03-29 physics.optics
Comparison Between Different Designs and Realizations of Anomalous Reflectors
本文比较了不同设计方法的异常反射器，分析了其在反射效率、角度响应和频率带宽等方面的表现，为超材料设计提供了参考。
2023-01-03 physics.app-ph physics.optics
Realization of Non-diffracting and Self-healing Optical Skyrmions
该研究通过两个正交 Bessel 模式叠加与模式匹配，理论构建并提出实验实现传播中偏振结构不变、具有无衍射和自愈特性的光学斯格明子。
2024-02-29 physics.optics
Reconfiguring structured light beams using nonlinear metasurfaces
超紧凑、低损耗、快速和可重新配置的光学元件，能够通过光来操纵光，可以为在纳米尺度上控制光打开许多机会。纳米结构的全电介质超颖表面已经被证明能够在线性光学范围内广泛地控制光的振幅和相位。除其他功能外，它们还提供了独特的机会来塑造光的波前，以将轨道角动量（OAM）引入光束。这种结构光束为从光谱学和微操作到经典和量子光通信的应用带来了新的自由度。迄今为止，全电介质超颖表面的光学性质的可重构性或调谐已经使用相变或非线性光学材料以机械、热、电或光学方式实现。然而，大多数已证明的调谐方法要么慢，要么需要高的光功率。三硫化二砷（As $_2$ S $_3$）硫族化物玻璃提供超快和大的$χ^{(3)}$非线性以及在近和中波红外光谱范围内的低双光子吸收系数，可以为实现快速和相对低强度的可重构超表面提供新的平台。在这里，我们设计和实验证明了一个作为$_2$ S $_3$硫族化物玻璃基超颖表面，使重塑的常规厄米高斯光束，没有OAM到OAM光束在低强度水平，同时保持原始光束的振幅和相位特性在高强度水平。拟议的元表面可以在新一代光通信系统和光信号处理中找到应用。
2018-05-18 physics.optics
Geometric-phase microscopy for high-resolution quantitative phase imaging of plasmonic metasurfaces with sensitivity down to a single nanoantenna
光学超颖表面已经成为多功能光学器件的新一代构建模块。超颖表面元件的设计和实现对复杂纳米天线阵列引入的相位变化的准确评估提出了越来越高的要求，该过程被称为定量相位成像。尽管付出了相当大的努力，宽场（非扫描）相位成像，将接近光学显微镜的分辨率极限，并表明一个单一的纳米天线的响应仍然是一个挑战。在这里，我们报告了一种新的策略，在非相干全息成像的超颖表面，其中前所未有的空间分辨率和光灵敏度，通过充分利用光的偏振选择性控制通过几何（Pancharatnam-Berry）相位。测量在由标准光学显微镜和附加成像模块组成的固有稳定的公共路径设置中进行。相位信息是从记录中可获得的互相干函数中获取的，该记录是通过来自超颖表面的散射光和泄漏光的自干涉在宽带空间非相干光中创建的。在校准测量中，相位映射的精度和空间背景噪声分别优于0.01 rad和0.05 rad。成像擅长的高空间分辨率，实验证明了精确的振幅和相位恢复的涡旋超透镜和超表面光栅与833线/毫米。由于优越的光灵敏度的方法，我们证明了，第一次，我们的知识，宽场测量的相位改变由一个单一的纳米天线，同时保持精度远低于0.15拉德。
2018-11-05 physics.optics
Space-Time Quantum Metasurfaces
超颖表面是一个关键的光子学平台，利用亚波长结构和设计的光学响应来操纵经典光。静态超颖表面最近进入了量子光子学的领域，显示出它们能够调整光的非经典状态。我们引入时空量子超颖面的概念，用于量子光的动力学控制。我们提供了说明性的例子，时空调制的超颖表面在量子光子学的影响，包括创建一个单光子的频率自旋路径超纠缠和实现时空不对称的最深层次的量子真空。基于时空量子元表面概念的光子平台有可能实现新的功能，例如量子通信的按需纠缠生成，自由空间量子隔离的非互易光子传播以及可重构量子成像和传感。
2021-01-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Excitation of Surface Waves with On-Demand Polarization at Self-Complementary Metasurface
本文提出利用遵循 Babinet 对偶原理的自互补超表面激发任意偏振表面波，覆盖线偏振、圆偏振和椭圆偏振，并分析衬底对激发效率的影响。
2023-01-17 physics.app-ph physics.optics
Microscopic Metavehicles Powered and Steered by Embedded Optical Metasurfaces
纳米结构介电超颖表面提供了前所未有的机会，通过在入射波前上压印任意相位梯度来操纵光。这导致实现了一系列平面类似物的经典光学元件，如透镜，波片和轴棱锥。然而，与相位操纵相关的线性和角光学动量的变化也导致先前未利用的力作用在超颖表面本身上。在这里，我们表明，这些光学机械效应可以用来构建光学元车辆-微观粒子，可以在低功率平面波照明下长距离行驶，同时通过入射光的偏振转向。我们展示了复杂模式的运动，自我纠正运动，以及作为微观货物运输工具的应用，包括单细胞生物。丰富的可能的光学元表面证明了开发各种各样的元载体与专门的功能行为的前景。
2020-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Flat-Band Lasing in Silicon Waveguide-Integrated Metasurfaces
本文在具有长程耦合的硅波导集成超表面中实验实现了光子近平模式激光，并通过调节结构参数观测到平带激光光谱及拓扑荷为1的连续谱中偶然束缚态。
2025-03-09 physics.optics
Bidirectional Vectorial Holography Using Bi-Layer Metasurfaces and Its Application to Optical Encryption
本研究提出双层硅纳米结构光学超表面，结合互易系统非对称光学传输理论与传输空间划分法，实现任意偏振的通用非对称传输及四通道偏振-方向复用矢量全息，可用于高隐蔽性光学加密。
2025-03-19 physics.optics
Electrically switchable metasurface for beam steering using PEDOT
可切换和主动超表面允许实现光束转向、可变焦超透镜或动态全息。为了实现这一目标，必须将高性能超颖表面与具有高折射率对比度和高切换速度的可切换材料相结合。在这项工作中，我们提出了一个电化学可切换的超颖表面的光束转向，我们使用的导电聚合物聚（3，4-乙烯-二氧噻吩）（PEDOT）作为活性材料。我们展示了角度高达10°的光束衍射，以及采用外部施加的-1 V和+0.5 V之间的循环电压的衍射光束和初级光束的强度变化。通过这种独特的组合，我们实现了1 Hz范围内的开关速度，同时可以扩展到数十Hz区域的典型显示频率。我们的研究结果对未来电子开关和显示纳米技术的设计和制造有直接的影响，例如动态全息图。
2021-03-03 physics.app-ph physics.optics
Inverse designed full-Stokes polarimetric metasurface with simultaneous wavefront sensing for visible light
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Meopta s.r.o.（梅奥塔有限公司）
本文提出一种反向设计的全斯托克斯极化表面，实现可见光波前传感与极化状态的同时测量，通过优化纳米结构几何和旋转，提升系统效率和精度。
2026-04-20 physics.app-ph physics.optics
Hyper-doped silicon nanoantennas and metasurfaces for tunable infrared plasmonics
我们提出了实验实现的有序阵列的超掺杂硅纳米盘，表现出局部表面等离子体共振。通过在10 $^{20}$和10 $^{21}$ cm $^{-3}$之间调节自由载流子浓度，等离子体激元在2和5 $μ$ m之间的光谱窗口中是可广泛调谐的。我们发现，强红外线吸收可以实现与全硅等离子体超颖表面采用纳米结构的尺寸低至100 nm的直径和23 nm的高度。我们的数值模拟显示出与实验数据的良好一致性，并提供了关于纳米结构形状以及近场效应对超颖表面光学特性的影响的物理见解。我们的研究结果为集成全硅等离子体器件开辟了非常有前途的前景，例如用于化学或生物传感或热成像。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
An Optically Addressable Transmissive Liquid Crystal Metasurface Spatial Light Modulator
California Institute of Technology（加州理工学院）；Seurat Technologies Inc.（Seurat科技有限公司）
本文提出一种可光学操控的透射液晶元表面空间光调制器，用于高功率传输光的调制，通过光致电接触实现液晶介质的可控切换，展示了高效率的光调制性能和多物理场模拟方法。
2026-03-21 physics.optics
Nonlocal Electro-Optic Metasurfaces for Free-Space Light Modulation
具有超快时间响应的动态光学超颖表面，即，时空光学超颖表面为现代高度集成光学和光子学提供了有吸引力的解决方案和开放的迷人前景。在这项工作中，电光控制的光学超颖表面的反射和利用谐振波导模式激发的自由空间传播光调制的观点进行了论证。通过识别合适的低损耗波导模式并利用其谐振激发，实现了与现有研究相比具有优越特性的反射光功率的调制。利用300 nm厚的LiNbO 3（LN）薄膜中的电光Pockels效应实现快速高效的光调制，该薄膜夹在连续的厚金薄膜和金纳米条阵列之间，同时也作为控制电极.制作的紧凑型（有效面积<1000 $μ$ m）调制器工作在850-950 nm波长范围内，在13.5 MHz带宽（潜在带宽为6.5 GHz）内，驱动电压为$\pm$ 10 V时，最大强度调制深度为$\sim\!$ 42%.引入的非局部电光超颖表面配置打开了新的途径，实现超快，高效和鲁棒的自由空间光调制器的基础上LN平坦光学方法。
2023-02-06 physics.app-ph physics.optics
Simultaneous Perfect Bending and Polarization Rotation of Electromagnetic Wavefront using Chiral Gradient Metasurfaces
我们引入手征梯度超颖表面，允许所有的入射波完美的传输到一个所需的方向和同时完美的旋转的偏振的折射波相对于入射。除了使用提供折射波相对于入射波的弯曲的梯度偏振密度之外，使用手性的超颖表面内含物允许折射波的偏振旋转。我们提出了一种可能的实现所提出的设备通过离散化所需的等效表面极化密度实现适当的螺旋夹杂物在每个离散点。通过仅使用单个光学薄层的手性夹杂物，我们能够以$72\%$功率效率在$45^{\circ}$处将法向入射平面波偏转为折射平面波，所述$72\%$功率效率伴随有$90^{\circ}$偏振旋转。所提出的概念和设计方法可以在微波偏振旋转器件以及光学中找到实际应用，特别是当入射功率需要偏转时。
2019-05-11 physics.app-ph physics.optics
Metasurface of strongly coupled excitons and nanoplasmonic arrays
本文提出将单层WSe2激子与金纳米盘阵列晶格共振强耦合，通过六方氮化硼集成制备范德华极化激元超表面，实现方向性线偏振远场发射，为工程化极化激元晶格提供了通用平台。
2024-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exact solution for surface wave to space wave conversion by periodical impenetrable metasurfaces
我们表明，存在一个精确的解决方案，确保完全转换的一个单模表面波沿阻抗边界传播到一个单一的平面波沿所需的方向在边界上方的自由空间中传播的无损耗和互易周期性表面阻抗。与已知的漏波天线的实现相反，这里发现的最佳表面电抗调制确保了辐射表面附近的场的Floquet波扩展的倏逝高阶模式的存在。因此，表面波携带的所有能量都用于将单个非均匀平面波发射到空间中，而不会在高阶模式中积累无功能量。该研究的结果预计将有助于创造具有最终效率的漏波天线，此外，还可能导致从微波到纳米光子学的新应用。
2019-05-14 physics.class-ph physics.optics
Extreme Beam-forming with Impedance Metasurfaces Featuring Embedded Sources and Auxiliary Surface Wave Optimization
我们提出了端到端的设计紧凑的无源和无损元表面（MTS）天线与集成的饲料。完整的低剖面系统由一个单层电抗性阻抗MTS组成，MTS印刷在接地的电介质基板上，并由嵌入基板内部的源馈电。建立了基于体积-表面积分方程的器件模型，为器件性能的快速优化提供了依据。优化的设计利用由阻抗MTS支持的定制辅助表面波来跨其孔径分布局部源功率。这有助于实现极端场变换，如广角波束形成或共享孔径波束形成，孔径效率接近100%。该程序还允许任意波束成形与完整的主波束和旁瓣控制。我们还得到了几个可行性相关的约束，这可以显着提高功率效率，以及MTS天线的带宽时，他们在实践中实施。全波数值模拟证实了所提出的方法的有效性，以及极端场的综合设计转换能力。
2021-12-23 physics.app-ph 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
