Large quality factor in sheet metamaterials made from dark dielectric meta-atoms
超材料或人造电磁材料可以创造具有自然界无法实现的特性的介质，但减少耗散是其进一步发展的关键挑战。在这里，我们展示了一种低损耗的超材料，利用暗束缚态介电夹杂物耦合到外部波的小型非谐振金属天线。我们实验证明了一种基于由氧化铝制成的元原子的色散工程超材料，并且我们表明其共振具有比基于金属的元原子大得多的品质因数。最后，我们表明，我们的介电元原子可以用来创建具有负介电常数或磁导率的片状超材料。
2014-05-30 physics.optics
Toroidal Response in Dielectric Metamaterials
我们提出并分析了一种基于亚波长LiTaO3极化激元柱的电介质团簇，用于演示由于柱的Mie共振模式的相互耦合而在THz区域的环形响应。基于这个集群，我们展示了一个低损耗的超材料与占主导地位的环形响应，这在实现谐振总传输中起着关键作用。
2013-08-05 physics.optics
Surface Bloch waves in metamaterial and metal-dielectric superlattices
本文研究了电磁布洛赫波在由异向介质层和介质层交替形成的半无限周期结构中的性质。我们推导并分析了色散关系的TE和TM偏振的表面布洛赫模式的长波长限制，磁超材料与负折射和金属-介电等离子体超晶格。我们发现，在亚波长范围内的体模的特点是由三个不同的折射率（“三折射率”），而表面模式可以传播平行于布洛赫波矢，并沿超晶格和半无限电介质之间的界面。
2009-06-02 physics.optics
Nano-optomechanical Nonlinear Dielectric Metamaterials
通过利用纳米结构硅膜中局部电磁模式的谐振性质，全介电超材料可以在光通信波长处充当非线性介质。我们表明，这种超材料提供了极大的光学机械非线性，工作在每单位单元只有几μW的强度和高达152 MHz的调制频率，从而提供了一条快速，紧凑和节能的全光学元器件的路径。
2015-11-18 physics.optics
Enhancement of quantum dot luminescence in all-dielectric metamaterial
我们提出了一种简单的设计，全介质硅基平面超材料表现出一个非常尖锐的谐振反射和透射的波长约1550 nm，由于低耗散损耗和涉及一个陷阱模式的操作方法。共振的品质因数超过已知等离子体结构中共振的品质因数的数十倍。所设计的超材料被设想为与泵浦的活性介质聚集，以实现发光的增强，并产生“激光spaser”的全介电模拟。我们报告说，一个必要的增强（超过500倍）的发光层包含泵浦量子点可以实现通过使用所设计的超材料。这个值超过了许多倍的等离子体平面超材料的已知发光增强。
2012-10-15 physics.optics
Near-infrared negative-index metamaterials consisting of multiple layers of perforated metal-dielectric stacks
在本文中，我们数值模拟了一个近红外负折射率超材料（NIM）板组成的多层穿孔的金属-电介质叠层，并表现出低虚部的负折射率的波长。使用两种不同的数值方法得到的有效折射率是一致的。通过计算超材料内部的场，验证了反向相位传播。这些结果指出了一种新的低损耗厚超材料在光频率的设计。
2006-05-23 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
Kapitza homogenization of deep gratings for designing dielectric metamaterials
我们从理论上研究了横向光栅对横向电波的介电响应的均匀化，其特征在于Kapitza条件，即介电常数随着调制深度的缩放而快速调制为大的波长与调制周期比。我们表明，所产生的有效介电常数，除了标准的平均基础的介电分布，有进一步的贡献所产生的快速和深的介电调制。这种贡献与另一种贡献相当，因此可以为设计介电超材料提供另一种方法。作为一个例子，我们讨论了一个有效的金属到介电过渡所产生的Kapitza的贡献，通过改变光栅深度。
2013-03-20 physics.optics
Dielectric Metamaterials with Toroidal Dipolar Response
环向多极子是标准多极子展开式中缺少的项;它们通常由于与电磁场的耦合相对较弱而被忽略。在这里，我们提出并从理论上研究了一个特殊的类，代表一个简单的电磁系统，支持环形偶极激发在太赫兹部分的频谱的全介质超材料。我们发现，这种超材料的共振透射和反射是由环形偶极子散射，忽略这将导致一个误解的超材料宏观响应的解释占主导地位。由于环形模式的独特场配置，所提出的超材料可以作为传感或增强光吸收和光学非线性的平台。
2014-07-02 physics.optics
Achieving Anisotropy in Metamaterials made of Dielectric Cylindrical Rods
我们证明了在纯介质棒型超材料中，通过将正方形晶格的对称性转变为矩形晶格的对称性，即通过破坏有效均匀介质的旋转对称性，可以获得各向异性的负有效色散关系。理论预测和结论得到了数值计算和计算机模拟的验证。提出的各向异性超材料，用于构建一个重聚焦平板透镜和亚衍射超透镜。全电介质的起源使得解决损耗和缩放这两个金属结构的主要问题变得更加简单，从而促进了太赫兹和光学范围内的未来应用。
2010-06-03 physics.optics
Omnidirectional total transmission at the interface associated with an anisotropic dielectric-magnetic metamaterial
基于Ewald-Oseen消光定理，研究了波从真空入射到各向异性介质-磁性材料中的全透射问题。结果表明，全向全透射不需要限制在与传统的各向异性介质的界面。近年来，一种新型的各向异性介磁材料的出现，使全向全透射成为可能。研究发现，全向全透射的内在物理基础是电磁响应的集体贡献。
2006-07-30 physics.optics
Experimental realization of epsilon-near-zero metamaterial slabs with metal-dielectric multilayers
实验上实现了基于金属-介质多层膜的可见光波段近零ε（ENZ）超材料平板。测量了透射、反射和吸收光谱，并用于确定ENZ板的复折射率和有效折射率，这与数值模拟和光学非局域性分析的结果一致。此外，还分析了ENZ平板中的光传输和ENZ棱镜的定向发射。准确确定金属-介质多层超材料板的ENZ波长对于实现许多独特的应用，如相位波前操纵和增强光子态密度具有重要意义。
2013-07-07 physics.optics
Hybrid metal-dielectric ring resonators for optical magnetic metamaterials down to ultraviolet range
本文从麦克斯韦方程组出发，导出了开口环谐振器的磁共振模型。使用这个模型，我们重新审视开口环谐振器的缩放。受我们模型的启发，我们提出了一种新型的分裂混合金属-介质环形谐振器，其环形由中等高折射率的介质材料（如SiC，TiO 2，ZnS）（主要部分）组成，而金属（如Ag）填充间隙。这种新的磁性超材料能够克服开口环谐振器的饱和问题，因此能够在短波长下工作到紫外线范围。
2012-10-02 physics.optics
All Dielectric Biaxial Metamaterial: A New Route to Lossless Dyakonov Waves with Higher Angular Existence Domain
在这篇文章中，我们提出并数值分析了一个全介质双轴超材料[ADBM]的亚波长脊阵列的硅和平坦的二氧化硅层的多层图案化构造。建议ADBM可以支持Dyakonov表面波[DSWs]具有无限的传播长度，可以在一个很宽的角度域中传播。虽然天然的单轴和双轴材料以及纳米线全电介质超材料也可以支持DSW，但角存在域[AED]限于非常窄的范围。我们提出的ADBM可以支持可以克服这个限制，它可以实现更高的AED比任何所有的电介质结构在文献中报道的日期。我们提出的ADBM可以很容易地通过当前的制造技术制造。由于其无损耗的特性，它可以在光学传感、光学互连、波导、太阳能收集等方面获得实质性的应用。
2017-01-16 physics.optics
Control of the surface plasmon dispersion and Purcell effect at the metamaterial-dielectric interface
研究了在金属-介质结构中使用超材料作为减轻金属吸收对Purcell效应的负面影响的方法。层状金属-介质结构在长波长范围内被视为各向异性介质。出现在这样的结构和不同的介电材料之间的边界处的表面等离子体激元的色散，以及在局部态密度的峰值的位置进行了研究的各种组合的材料和填充因子的周期性结构。Purcell因子的计算频率依赖性表明，与传统的等离子体结构相比，峰值增加。
2020-03-13 physics.optics
Infrared dielectric metamaterials from high refractive index chalcogenides
高折射率介电材料在纳米光子器件和应用中有很大的需求，从纳米光学元件到无金属亚衍射光限制和波导。在这里，我们表明，硫族化物拓扑绝缘体是特别合适的候选人介电纳米光子架构在红外光谱范围内的报告超材料共振硫族化物晶体内持续良好的中红外，选择Bi $_2$ Te $_3$作为案例研究在这个家庭的材料。由于在整个2-10 $μ$ m区域中范围在7和8之间的异常高的折射率，实现了入射电磁场的强共振调制。对超材料中复杂模式结构的分析暗示了极向表面电流的激发，这可以通过耦合到自旋极化拓扑表面载流子来为增强的光-物质相互作用和低损耗等离子体配置打开路径，从而提供了在单个平台中组合介电，等离子体和磁性超材料的新机会。
2019-11-21 physics.optics
Realization of an all-dielectric zero-index optical metamaterial
超材料为操纵物质的光学性质提供了前所未有的灵活性，包括获得负折射率，超高折射率和手性光学性质的能力。近年来，具有近零折射率的超材料引起了人们的广泛关注。这种材料内部的光不经历空间相变和极大的相速度，这些特性可用于实现定向发射、隧道波导、大面积单模器件和电磁斗篷。然而，在光频率以前证明零或负折射率超材料需要使用金属夹杂物，导致大的欧姆损耗，严重阻碍设备的应用。在这里，我们实验证明了一个阻抗匹配的零指数超材料在光频率的基础上纯电介质成分。由堆叠的硅棒单元电池形成，超材料具有几乎各向同性的低折射率响应，导致从放置在材料内的量子点的透射和定向发射的角度选择性。
2013-07-18 physics.optics
Low-loss surface modes and lossy hybrid modes in metamaterial waveguides
我们表明，波导的介质芯和有损耗的超材料包层（超材料介电波导）可以支持混合普通表面模式以前只知道金属介电波导。这些混合模式对于频率滤波应用是潜在有用的，因为场衰减的急剧变化发生在可定制的频率处。我们的研究结果还表明，具有可比的电和磁损耗的超材料-介质波导的表面模式可以比仅具有电损耗的类似金属-介质波导的表面模式损耗更小。通过表征平板和圆柱形超材料介电波导，我们发现，圆柱形波导的表面模式显示出作为低强度脉冲的全光控制的候选人的希望。
2012-05-25 physics.optics
Squeezing electromagnetic energy with a dielectric split ring inside a permeability-near-zero metamaterial
基于磁导率近零异向介质的特殊性质，提出了一种新的电磁能量压缩机制。几乎没有能量流可以进入位于磁导率接近于零的材料内的常规介电区域。当源被介电分裂环（具有间隙开放的隔离器）包围时，由源产生的电磁能量被迫通过间隙传播。当间隙较窄时，能流密度变得很大，使间隙中的磁场急剧增强。狭窄的间隙可以是长的和弯曲的。这为我们提供了一种不使用共振增强而获得强磁场的方法。
2010-02-27 physics.optics
Broad Angle Negative Refraction in Lossless all Dielectric Multilayer Asymmetric Anisotropic Metamaterial
在这篇文章中，它已经从理论上证明了宽角负折射是可能的，与非对称各向异性的超材料构造仅由无损耗或无损耗的半导体在电信和相对波长范围。自然界的单轴材料虽然可以呈现负折射，但最大负折射角和临界入射角的范围很窄。我们提出的结构可以克服这个值得注意的问题。在我们的结构中，负折射源于高度非对称的椭圆等频。这是由旋转的多层亚波长电介质/半导体堆叠人工产生的，它充当有效的非对称各向异性超材料。这种负折射是在不使用任何负介电常数材料（如金属）的情况下实现的。由于我们使用的是简单的超材料，因此这种结构的制造将比金属基超材料的制造简单。我们提出的想法已经得到了验证，也通过考虑有效介质方法和现实结构模型的全波模拟。这种器件在光子学和光电子学中有重要的应用。
2015-05-26 physics.optics
Optically induced metal-to-dielectric transition in Epsilon-Near-Zero metamaterials
ε近零材料表现出介电常数实部随波长从正值到负值的转变。在这里，我们研究金属-电介质层状超材料的均匀制度（每层具有强烈的亚波长厚度）与零实部的介电常数在近红外区域。通过光学泵浦的超材料，我们实验表明，接近ε等于零（EEZ）的波长的介电常数表现出显着的过渡，从金属（负介电常数）的电介质（正介电常数）作为光功率的函数。值得注意的是，这种转变作为泵浦功率的函数是线性的，并且发生在100 fs泵浦脉冲的量级的时间尺度上，其不需要被调谐到特定波长。介电常数增加的线性度允许我们以标准三阶光学非线性来表达超材料的响应：这显示了在穿过EEZ波长时实部和虚部的作用的明确反转，进一步支持超材料的物理行为中的光学诱导变化。
2016-01-26 physics.optics
Controlling metamaterial resonances via dielectric and aspect ratio effects
研究了通过控制开口环谐振器（SRR）的纵横比和衬底厚度来提高其基波电感电容（LC）谐振的灵敏度和动态调谐范围的方法。我们得出结论，这两个因素可以显着影响LC谐振。我们表明，由薄衬底上的低高度SRR组成的超薄膜对其介电环境的变化最敏感，因此在传感应用中表现出出色的潜力。
2010-11-16 physics.optics
Nonlocal effective medium analysis in symmetric metal-dielectric multilayer metamaterials
从理论和实验上研究了对称金属-介质多层超材料在横向磁偏振光入射下的光学非局域性。从传输矩阵法出发，推导了非局部有效介质理论，确定了对称金属-介质多层叠层中依赖于频率和波矢的非局部有效介电常数。与局部有效介质理论相比，我们提出的非局部有效介质理论可以准确地预测从制造的多层堆叠测量的入射角相关的反射光谱，并提供非局部色散关系。此外，通过对色散关系和本征模的分析，利用非局域有效介质理论研究了多层膜中大波矢的体等离子体激元。
2015-05-30 physics.optics
Plasmonic angular momentum on metal-dielectric nano-wedges in a sectorial indefinite metamaterial
本文对扇形无限异向介质芯区周期性金属-介质纳米楔结构调制的等离子体角动量进行了解析研究。采用的传输矩阵计算和保角映射技术，我们的理论是能够处理现实的配置任意扇区数和圆角楔形提示。我们证明了在深亚波长区，强电场携带高方位角变化可以存在于靠近结构中心的仅10纳米长度尺度内，并且自然地以距离中心100纳米量级的特征半径为界。这些极端的限制性能表明，在纳米级光子操纵方面，所研究的结构可能优于传统的金属-电介质波导或腔。
2013-09-18 physics.optics
Broadband Epsilon-Near-Zero Metamaterials with Step-Like Metal-Dielectric Multilayer Structures
基于有效介电常数的Bergman谱表示，提出了由具有特定金属填充率和厚度的层状结构组成的宽带ε近零亚原子的概念.设计了阶梯状金属-介质多层膜结构，实现了在光学频率范围内真实的宽带ε-近零亚原子。这些元原子可以被集成为非常规光学组件的构建块，其在宽频率范围内具有奇异的电磁特性，例如所展示的宽带定向发射和相位波前成形。
2013-04-24 physics.optics
Analogue of electromagnetically induced transparency with high Q factor in Metal-dielectric metamaterials
数值研究了金属-介质超材料的电磁感应透明行为，最大Q值达到28000。它由两层组成，一层为亮模的金属条叠置在另一层为亮模的介质棒上。金属条产生的宽电偶极子与介质棒产生的窄环形偶极子之间的相干耦合导致了相消干涉，从而引入了透明窗口。有趣的是，EIT窗口可以通过改变两层的参数和中间间隔物的厚度来有效地影响。这一过程可以用两粒子模型来解释。此外，EIT窗口内的辐射损失得到了很大的抑制，慢光效应得到了很大的改善。这些优异的性能也为光学范围内的滤光片和敏感的化学和生物传感器提供了有效的平台。
2019-08-23 physics.optics
Terahertz optically tunable dielectric metamaterials without microfabrication
我们从理论上研究了半导体平板上的太赫兹介电响应。这种周期性结构是由于两个倾斜的红外平面波的干涉激发了电荷载流子，从而可以分别通过改变光束强度和入射角来调节光栅的深度和周期。在光栅周期远小于太赫兹波长的情况下，我们通过电磁全波模拟耦合到由红外辐射激发的电荷载流子的动力学来数值评估有效介电常数张量的普通和非凡分量。我们表明，光致超材料的光学响应可以通过改变光栅定制，它的范围从双折射到双曲线到各向异性负介电，而无需诉诸微加工。
2012-12-17 physics.optics
Negative index and mode coupling in all-dielectric metamaterials at terahertz frequencies
本研究探讨太赫兹频段全介质超材料中米氏共振模式耦合对负有效折射率的作用，分析晶格周期、模式频率重叠的影响，揭示耦合强度与折射率的关系，并对比模式耦合与超材料杂化效应。
2017-09-28 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
All Dielectric Metamaterial Loaded Tunable Plasmonic Waveguide
在这篇文章中，2D等离子体激元波导加载全介质各向异性超材料，由交替层的Si-SiO2，已提出和数值分析。计算了不同脊宽和脊高的通信波长下波导的主要特性，即传播常数、传播长度和归一化模面积。相应的一维结构的波导已被解析求解的各向异性脊作为一个单一的单轴介质与介电张量定义的有效介质理论（EMT）。利用Comsol Multiphysics中的模态分析模块，通过有限元模拟对二维结构进行了数值分析。数值模拟中考虑了EMT和实际多层膜结构。与常规DLSSP波导相比，具有所有电介质超材料的这种结构提供了额外的自由度，即填充因子、Si-SiO2晶胞中Si层的分数，以调谐传播特性。对于不同的填充因子值，已经观察到所有特性的大范围变化。此外，还考虑了第一界面层的影响。虽然全介质超材料已经被应用于光子波导中作为包层，但在等离子体波导中的实现还没有被研究。该器件在深亚波长光学、光子晶体和光电子学等领域有着广阔的应用前景。
2016-12-28 physics.optics
Pancharatnam-Berry phase induced spin-selective transmission in herringbone dielectric metamaterials
操纵光的偏振对于传感和成像应用至关重要。一个这样的方面特别是当光透射通过介质或装置时一个圆偏振（自旋）的选择性透射。然而，实现这一点的大多数现有方法具有相对低的效率和选择性，而高选择性的示例依赖于有损耗的和复杂的三维螺旋或多层结构。在这里，我们提出了一种电介质超材料的方法来实现电磁波的自旋选择性传输，利用自旋控制的建设性或相消干涉之间的两个Pancharatnam-Berry（PB）相结合的传播动态相位。由单片硅人字形结构组成的电介质超材料在太赫兹范围内表现出宽带操作，同时获得高达60%的自旋选择效率。这样的装置是坚固的并且不容易由于制造中的误差而劣化。
2016-10-01 physics.optics
Composites of resonant dielectric rods: A test of their behavior as metamaterial refractive elements
我们报告的光波在高折射率介质棒的复合材料中的传播的数值实验，在其第一电和磁米氏共振激发的频率。这些粒子的阵列已被广泛研究，并提出作为非吸收和各向同性的超材料。我们发现，负折射，观察到有序的颗粒阵列，是由于衍射和有效介质理论产生的本构参数，不重现这些复合材料中的观察，其传输也取决于样品的形状。这进一步证实了无序的阵列，在这种情况下，出现大的传输损耗，由于消光的共振散射的颗粒。因此，这些复合材料虽然吸收很少，但由于散射而具有大的消光。
2012-02-03 physics.optics
Inhomogeneous All-Dielectric Magnetic Metamaterials
伴随着共振吸收现象的异常场增强最初是在等离子体物理的背景下以及在与地面和返回地球的航天器之间的无线电通信有关的应用中讨论的。实际上，存在由于由高速飞行器重新进入大气层所产生的等离子体鞘层对电磁波的反射/吸收而丢失所有通信的关键时间段。虽然在太空中对这些现象进行详细的实验研究具有挑战性，但电磁超材料的出现使研究人员能够在实验室环境中研究它们。在这里，我们实验证明了电磁波斜入射到基于Mie共振的非均匀异向材料上的局域场增强，该材料的磁导率从正值逐渐变为负值。
2015-07-23 physics.optics
Metamaterial Coatings for Broadband Asymmetric Mirrors
我们报道了具有高反射不对称性的纳米复合金属-介质薄膜涂层的设计和制备。应用基本的色散工程原理来模拟宽带和大反射率的不对称性，我们得到了一个模型的超材料膜的介电函数，非常类似的无序金属介电纳米复合材料的有效介电常数。使用沉积在玻璃衬底上的无序纳米晶银膜实现的涂层证实了理论预测，表现出对称的透射率，大的反射率不对称性和独特的平坦反射率不对称性。
2007-03-10 physics.optics
Planar Metamaterials for Antireflection Coating
我们提出了一种新的方法，利用平面超材料的电介质表面。它由一个开口环谐振器阵列和一个金属网组成，由一个薄的电介质间隔物隔开。该涂层显著地降低了反射率，并且在宽入射角范围和窄带宽内极大地增强了透射率。通过调整在超材料边界处反射和透射的波的幅度和相移来实现抗反射，从而导致反射中的相消干涉和透射中的相长干涉。涂层可以非常薄，并且对间隔物介电常数没有要求。
2010-02-11 physics.optics
On-chip all-dielectric fabrication-tolerant zero-index metamaterials
零折射率超材料（ZIMs）提供了前所未有的操纵光的方法，并且在广泛的应用中引起兴趣，包括光学隐身、超耦合和非线性光学中的非常规相位匹配特性。阻抗匹配的ZIM可以通过由布里渊区中心处的两个线性带（通常是电偶极子模式和横向磁偶极模式）的意外简并引起的光子Dirac-cone（PDC）色散来获得。因此，PDC只能针对超材料的几何参数的特定组合来实现，并且因此对制造缺陷敏感。这些制造缺陷可能限制在实际应用中的有用性。在这项工作中，我们克服了这个障碍，并证明了强大的全介质（AD）ZIM，支持PDC分散在宽的参数空间。我们的结构，由硅柱阵列在二氧化硅衬底上，是在硅绝缘体（SOI）平台上制造的，并在电信波长工作。
2016-08-19 physics.optics
All-Dielectric Rod-Type Metamaterials at Optical Frequencies
从理论上研究了光在全介质棒型超材料中的传播。在长波长极限下，导出了杆的电、磁偶极矩。本文通过计算正方形杆格的等效介电常数和等效磁导率，得到了相应的偶极子阵列。偶极共振的光学性质的棒阵列的作用进行了解释。这种结构被发现表现出真正的左手行为，证实了以前的实验[L。Peng \textit{et al.}，物理学评论快报。\textbf{98}，157403（2007）]。比例分析表明，这种效应在光学频率下保持不变，并且可以通过使用例如由硅制成的棒来获得。
2009-02-05 physics.optics
Giant optical nonlocality near the Dirac point in metal-dielectric multilayer metamaterials
采用考虑光学非局域效应的传输矩阵方法，通过对三维Ω-k空间中多层金属-介质叠层能带结构的分析，揭示和研究了无损多层金属-介质异向介质在Dirac点附近的巨大光学非局域性.狄拉克点的位置解析地位于ω-k空间中。结果表明，狄拉克点的出现是由于耦合表面等离子体激元的对称和非对称本征模的简并。研究了光学非局域性引起的多层膜叠层相对于有效介质的ε近零频移。此外，通过等频轮廓分析，研究了狄拉克点附近的巨光学非局域性，并证明了狄拉克点处由于光学非局域效应而产生的光束分裂现象.
2013-09-04 physics.optics
Optical hollow-core waves in nonlinear Epsilon-Near-Zero metamaterials
我们研究了无衍射空芯非线性光波在一个分层的纳米尺度金属-介质结构中的传播，该结构的特征在于具有非常小的平均线性介电常数（非线性ε-近零超材料）。我们分析表明，空芯波有一个功率流完全消失在一个中心区域，并表现出一个尖锐的倾斜轮廓周围的核心区域的边缘。在物理上，在核心区域的功率流的情况下是由于电位移场的横向分量的消失，可以通过非线性和线性介电贡献之间的完全补偿来满足的条件。
2010-09-23 physics.optics
Characterization of Hybrid Modes in Metamaterial Waveguides
在这篇论文中，我们利用超材料的特性来调整超材料-介质波导在光频下的模式。研究了渔网状超材料的磁振荡强度、磁共振频率和磁阻尼等结构参数对超材料双负折射率频率区和平板超材料-介质波导混合模的影响。为了验证超材料对超材料结构参数波动的鲁棒性，我们研究了超材料结构参数在高斯误差下的行为。我们的调查能够识别适当的超材料单胞结构和结构参数的允许波动，为超材料在波导技术中的进一步应用。
2016-04-10 physics.optics
Trapped-mode excitation in all-dielectric metamaterials with loss and gain
基于在单个光学系统内组合损耗和增益介质的非厄米光子学提供了许多控制和产生光的流动的方法。在本文中，我们表明，通过引入非厄米微扰到系统的损耗和增益成分，高品质的共振被称为捕获模式可以激发，而不需要改变对称性的单位细胞的几何形状。为了证明这一想法，我们考虑了一种广泛使用的全介质平面超材料，其单位单元由一对由有序（损耗）和掺杂（增益）硅制成的矩形纳米天线组成。由于陷模共振的品质因数可以通过改变空间对称性和非厄米性来控制，因此改变损耗和增益可以补偿非对称性的影响并恢复局域模的品质因数。所获得的结果提出了在非厄米特超材料中实现高质量共振的新方法，这些方法有望在纳米光子学的许多实际应用中发挥作用。
2022-11-02 physics.optics
Engineered Optical Nonlocality in Nanostructured Metamaterials
我们分析了金属-电介质纳米结构超材料的色散特性。我们证明，在一个鲜明的对比，相应的有效介质的结果，该结构表现出强烈的光学非局域性，由于激发表面等离子体激元，可以通过改变金属和介电层的厚度之间的比率进行工程。特别是，这种非局部性允许存在一个额外的非常波，表现在分裂的TM偏振光束散射在空气-超材料界面。
2011-03-20 physics.optics
Nonlinear absorption in dielectric metamaterials
我们求解了InP基介质超材料中的非线性麦克斯韦方程组，同时考虑了双光子吸收和光生自由载流子吸收。我们得到的强度依赖的反射，吸收，和有效的介电常数和磁导率的超材料。我们的研究结果表明，非线性吸收阻尼的电和磁Mie共振，虽然磁共振的影响更大，因为它发生在较长的波长的自由载流子吸收截面较大。由于谐振时超材料中的场集中，与相同厚度的均匀层相比，非线性吸收的阈值强度小约30倍。我们的研究结果对介电超材料在频率转换和光限幅等非线性应用中的应用具有指导意义。
2017-09-23 physics.app-ph physics.optics
Controlling the broadband enhanced light chirality with L-shaped dielectric metamaterials
本文设计了基于倾斜纳米柱的全介电硅基L形超材料，通过掠射角沉积实现晶圆级制备，在透射模式下获得宽带增强且振幅与频率均可调控的手性光学响应。
2024-03-27 physics.optics
Tunable anisotropic perfect absorption in hyperbolic metamaterials based on black phosphorous/dielectric multilayer structures
黑磷（BP）是一种具有优异光学性能的二维材料，是多层双曲型超材料的理想组成部分。在这项工作中，我们设计了一个多层结构，由BP/电介质层堆叠的单位细胞图案上的金镜，并从理论上证明了可调谐的各向异性吸收在红外制度。相邻晶胞之间的电偶极共振驱动该结构处于临界耦合状态，并且该结构的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，显示出对于一个偏振方向的完美吸收，而对于另一个偏振方向的阻抗失配导致在相同波长处仅为8.2 $\%$吸收。该结构的各向异性吸收响应可以归因于BP的固有各向异性，其表现出对入射角的依赖性很小。此外，我们研究了电子掺杂的BP和几何参数的建议结构的可调谐光吸收。这些结果表明BP在构建多层双曲型超材料方面具有巨大的潜力，并为设计在红外区域具有可调谐光谱和偏振选择性的各向异性元器件开辟了途径。
2019-11-04 physics.optics
Extreme nonlinear electrodynamics in metamaterials with very small linear dielectric permittivity
我们考虑了一个亚波长周期性分层介质，其板填充任意线性超材料和标准的非线性克尔介质，我们表明，均匀化介质的行为作为克尔介质的参数可以假设值在标准材料中不可用。利用这样一个参数的可用性，我们专注于线性相对介电常数是非常小的情况，从而允许观察极端的非线性制度的非线性极化是可比的，甚至大于整体介电响应的线性部分。在极端非线性区域中的电磁场的行为是非常特殊的，并且具有新颖的特征，例如，横向功率流反转。为了探索新的制度，我们考虑一类领域（横向磁非线性导波）承认充分的分析描述，我们表明，这些波被允许传播，即使在介质中与$ε<0$和$μ>0$，因为非线性极化产生积极的整体有效介电常数。所考虑的非线性波表现出，除了上述功能，一些有趣的属性，如超聚焦引起的相位差之间的字段组件。
2010-02-17 physics.optics
Spontaneous emission enhancement in metal-dielectric metamaterials
研究了嵌入层状金属-介质超材料中的偶极发射体的自发发射。我们证明了超高值的Purcell因子在这样的结构中，由于高密度的双曲Islam表面的状态。我们发现，传统的有效介质的方法大大低估了Purcell因子的值，由于存在一个有效的非局部性，我们提出了一个分析模型，同意以及数值计算。
2011-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
From surface to volume plasmons in hyperbolic metamaterials: General existence conditions for bulk high-k waves in metal-dielectric and graphene-dielectric multilayers
我们从理论上研究了亚波长周期多层结构中宽带体大波矢（高k）传播波（如双曲型超材料中的体等离子体激元）的一般存在条件。描述的反射系数的广义共振极点的结构的单位细胞中的基本激发，并使用布洛赫定理，我们推导出解析表达式的大波矢传播解决方案的频带。我们应用我们的形式主义，以确定在两个重要的情况下存在的高k带：众所周知的金属电介质，最近推出的石墨烯电介质堆栈。我们证实，在薄金属层中的短程表面等离子体可以引起双曲超材料特性，并证明长程表面等离子体不能。我们还表明，石墨烯介电多层膜倾向于支持高k波，并探讨了这是可能的参数范围，证实了使用石墨烯的双曲色散材料的前景。该方法适用于各种各样的结构，如连续或结构化的微波，太赫兹（THz）和光学超材料。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dynamically controllable, homogeneous, anisotropic metamaterials with simultaneous attenuation and amplification
经典电磁理论允许在特定频率下既不完全耗散也不完全活跃的各向异性均匀超材料。完善的均匀化形式主义表明，这种超材料可以很简单地实现为至少两种不同的各向同性介电材料的电小（可能是纳米级）球状颗粒的随机混合物，其中一种必须是耗散的，但另一种是有源的。这种超材料的介电性能受组成材料的体积分数、空间分布、颗粒形状和尺寸以及相对介电系数的影响。具有更复杂的线性和非线性本构特性的类似超材料是可能的。例如通过受激拉曼散射对活性组分材料的动态控制提供了对超材料的动态控制。
2015-10-30 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
Hybridization Induced Transparency in composites of metamaterials and atomic media
我们报告的杂化诱导透明（HIT）的复合介质中的超材料和电介质组成。我们开发了一个分析模型，解释HIT的超材料和电介质或一般的原子系统之间的相干耦合的杂交的本地字段。在原理验证实验中，我们证明了耦合到α-乳糖一水合物的开口环谐振器超材料中的HIT。分析模型和数值计算都证实并解释了实验观测结果。HIT可以被认为是电磁诱导透明（EIT）和等离子体激元诱导透明（PIT）的混合模拟。
2011-11-08 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
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
Active control of electromagnetically induced transparency analogue in all-dielectric metamaterials loaded with graphene
具有高品质因数的全介质超材料中的电磁感应透明（EIT）模拟为在纳米尺度上增强光与物质的相互作用提供了一条有效的途径。特别是，应用于它的主动控制使得空间光调制具有很大的自由度，从而保证了具有高度灵活可调谐性的功能器件应用。在这里，我们加载石墨烯到全介质超材料，并实现了显着的高调制深度的EIT共振的传输幅度与石墨烯的电导率的操纵，通过移动费米能级或改变层数。物理起源在于通过石墨烯在近红外中的带间损耗的可控光吸收。这项工作揭示了石墨烯和EIT共振在全介电超材料中的战略重要相互作用机制，并为设计一系列混合元器件开辟了道路，这些混合元器件允许有前途的光调制，开关和超灵敏生物传感应用。
2020-08-06 physics.app-ph physics.optics
