Steering visible Dyakonov surface waves at the hyperbolic metasurface
存在于各向异性界面上的Dyakonov表面波提供了一种几乎无损耗的二维导光方式。然而，几十年前预测的Dyakonov表面波的实验演示似乎总是具有挑战性的弱各向异性指数的天然材料。在这里，我们实验证明了一个Dyakonov表面波模式在可见光频率的双曲元表面传播。双曲型各向异性可以同时支持超表面两个表面上的Dyakonov表面波，并形成低损耗和大允许角带的Dyakonov型模式。详细的理论分析和数值模拟证明了这种表面波模的电场具有横向自旋，其方向由双曲各向异性和表面法线的取向决定，并在此基础上实验观察到了超表面表面波模的光子自旋霍尔效应.
2021-06-10 physics.optics
Moiré Hyperbolic Metasurfaces
最近在低维材料的双电子学方面的进展，如双层石墨烯和过渡金属二硫属化物，已经实现了与摩尔物理学相关的大量不寻常现象。然而，这些效应中的一些需要在原子尺度上对超晶格进行苛刻的操作，例如仔细控制两个紧密间隔的原子晶格之间的旋转角度。在这里，我们研究云纹双曲等离子体对双曲元表面（HMTS），揭示类似的现象在介观尺度。已知HMTS支持朝向由超颖表面色散确定的特定方向准直的受限表面波。通过旋转两个渐逝耦合HMTS相对于彼此，我们揭示了丰富的色散工程，拓扑转变的魔角，宽带场渠化，等离子体自旋霍尔现象。这些发现为推进超颖表面光学提供了巨大的机会，丰富了莫尔物理学和双电子概念。
2020-01-10 physics.optics
Low-loss amorphous dielectric metasurface mirror for precision optical cavities
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文设计并实验实现了1064 nm波长下低损耗非晶介质超表面反射镜，峰值反射率99.10%，损耗0.26%，可将涂层布朗噪声降低3-5倍，有望提升精密光学腔性能。
2026-09-30 physics.ins-det physics.optics
Confined Hyperbolic Metasurface Modes for Structured Illumination Microscopy
等离子体激元双曲超颖表面已经成为操纵光传播的有效平台。在这里，限制模式上的银纳米脊阵列，表现出双曲线色散用于演示和建模的超分辨率成像技术的基础上结构照明显微镜。在458 nm处的空间分辨率约为75 nm，这是3.1倍，优于等效的衍射极限图像。这项工作强调的能力，工程师的限制光学模式的属性，并利用这些特性在成像中的应用。这项工作的结果可能会导致使用设计的亚波长结构的超分辨率成像的改进方法。
2021-09-02 physics.optics
Metasurface-based hybrid optical cavities for chiral sensing
提出利用量子超表面设计外部磁场控制的保螺旋度混合光学谐振腔，通过超窄谐振和快速相移实现手性分子的高灵敏鉴别传感。
2023-06-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Loss-tolerant hybrid metasurface mirror for reducing coating Brownian noise in precision optical cavities
LIGO Laboratory, Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系LIGO实验室）
本研究提出将超表面置于布拉格反射镜下方的混合反射镜设计，可降低光学损耗与涂层布朗噪声，提升角度容差，为精密光腔应用提供了可行方案。
2026-08-28 physics.ins-det physics.optics
Van der Waals heterostructure metasurfaces: atomic-layer assembly of ultrathin optical cavities
本文提出范德华异质结构超表面概念，利用连续体准束缚态在WS₂单层中形成腔，实现室温强耦合，并揭示超低通量下的饱和效应，为超薄光学器件开辟新途径。
2024-07-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spin control of light with hyperbolic metasurfaces
横向自旋角动量是倏逝波的一个固有特性，由于其强的自旋方向耦合，倏逝波在纳米光力学、自旋电子学和量子信息技术中有着广泛的应用。在这里，我们分析了局部自旋角动量密度的混合表面波沿各向异性双曲元表面传播。我们发现，在各向同性界面的体平面波和传统的表面等离子体激元相比，混合表面波的自旋可以被设计成具有任意角度的传播方向。这种性质允许通过量子发射体的自旋投影的磁性控制来定制表面波的方向性，并且它可以用于光学控制的自旋转移。
2016-06-10 physics.optics
Fabry-Perot Resonance of Bilayer Metasurfaces
本研究构建了基于超构镜的 Fabry-Perot 腔，发展时域耦合模理论解析透射特性，发现特征腔间距 Lc 和 LQ 能调控线型与品质因子，在短腔长下实现高品质因子诱导透明峰。
2024-04-26 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
Intelligent Inverse Design of Multi-Layer Metasurface Cavities for Dual Resonance Enhancement of Nanodiamond Single Photon Emitters
针对纳米金刚石单光子发射器发射效率受限问题，提出基于混合深度神经网络的NanoPhotoNet-Inverse逆向设计框架，高效设计多层超表面双共振腔，实现发射性能大幅提升，支撑量子技术领域光子器件智能研发。
2025-11-19 physics.optics quant-ph
Infrared hyperbolic metasurface based on nanostructured van der Waals materials
具有强各向异性光学性质的超表面可以支持深亚波长尺度的受限电磁波（极化激元），其有望在光子和光电应用中控制光。我们开发了一个中红外双曲超颖表面纳米结构的六方氮化硼支持深亚波长尺度的声子极化激元，平面内双曲色散传播的薄层。通过应用红外纳米成像技术，我们可视化的凹（异常）波前的发散极化激元光束，这代表了双曲型极化激元的一个里程碑式的功能。结果说明了近场显微镜如何应用于揭示各向异性材料中极化激元的奇异波前，并表明纳米结构范德华材料可以形成双曲红外超颖表面器件和电路的高度可变和紧凑的平台。
2019-04-08 physics.app-ph physics.optics
Tunable mid-infrared hyperbolic van der Waals metasurfaces by strong plasmon-phonon polaritons coupling
基于vanderWaals（vdW）材料的双曲超曲面支持极端各向异性极化激元向纳米尺度光压缩和操纵方向的传播，因此在平面超透镜、纳米激光、量子光学和超灵敏红外光谱等方面具有巨大的应用潜力。二维六方氮化硼（h-BN）作为vdW超颖表面可以在单原子层水平上操纵双曲型极化激元的传播，具有比传统介质更高的场约束度和更低的损耗。然而，在h-BN中红外超颖表面中的双曲极化激元波的主动操纵仍然难以捉摸。在这里，我们提供了一个有效的策略，用于构建可调谐的中红外双曲vdW元表面（HMS）。它们由作为薄层h-BN和单层石墨烯条（iHBNG）的面内异质结构的元原子组成。h-BN声子和石墨烯等离子体激元的强耦合使得能够通过在没有频移的情况下定制石墨烯的化学势来实现光场的大的可调谐性，这涉及极化激元模式的拓扑跃迁、单向极化激元传播和局域态密度增强。iHBNG超颖表面的模拟视觉近场分布揭示了双曲极化激元传播的独特变换，区别于单个h-BN和石墨烯超颖表面。我们的研究结果提供了一个平台的光学纳米操纵新兴的片上极化激元器件。
2021-11-15 physics.app-ph physics.optics
Polaritonic Chemistry Enabled by Non-Local Metasurfaces
本文提出用非局域超表面替代 Fabry-Perot 腔实现振动强耦合，并通过表面晶格共振将对硝基苯乙酸酯的溶剂解速率提高 2.7 倍，为极化激元化学提供了免对准、可大面积应用的新平台。
2024-02-23 physics.chem-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
Silicon Metasurface Embedded Fabry-Perot Cavity Enables High Quality Transmission Structural Color
虽然纳米级颜色生成已经研究了多年，但同时配备有大色域、高分辨率和光学多路复用能力的高性能透射结构色仍然是一个悬而未决的问题。在这里，硅超颖表面嵌入法布里-珀罗腔被证明可以解决这个问题。通过改变超颖表面单元的平面几何形状，腔体提供具有194% sRGB色域覆盖率和141111 DPI分辨率的透射颜色，以及超过300%的增强角公差。这样的高密度允许在衍射极限尺度下的二维颜色混合。得益于超颖表面的偏振操纵能力，还实现了两个正交线性偏振的青色和红色之间的任意颜色布置。我们提出的谐振腔可用于滤光片、印刷、光存储和许多其他需要高质量和高密度颜色的应用。
2022-06-15 physics.app-ph physics.optics
Hyperbolic Shear Metasurfaces
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）；Physics Program, The Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生院物理项目）；School of Physics, Central South University（中南大学物理学院）
本研究提出双曲剪切超材料，通过工程化表面实现超薄、低损耗的双曲表面波，实现宽带 Purcell 增强，拓展光-物质相互作用的应用范围。
2024-05-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Type-I hyperbolic metasurfaces for highly-squeezed designer polaritons with negative group velocity
范德华材料和超材料异质结构中的双曲极化激元在极端纳米尺度下对光-物质相互作用提供了前所未有的控制。在这里，我们提出了一个概念的I型双曲超颖表面支持高度压缩的磁性设计师极化激元，这作为磁模拟的双曲极化激元在六方氮化硼（h-BN）在第一Reststrahlen带。与天然h-BN相比，超颖表面单位晶胞的尺寸和间距可以容易地按比例放大（或缩小），从而允许随意在频率和空间中操纵设计者极化激元。实验测量显示在动量空间中的锥状双曲色散，与有效折射率高达60和群速度下降到1/400的光速在真空中。通过定制所提出的超颖表面，我们实验证明了一个超紧凑的（与足迹缩小了3600倍）集成设计师极化激元电路，包括高传输90°急剧弯曲波导和波导分路器。所设计的超表面具有低轮廓、重量轻和易于访问的特点，可以作为新兴极化激元学的替代有前途的平台，并且可以找到许多其他潜在的应用，例如波导、传感、亚衍射聚焦/成像、低阈值切伦科夫辐射、强磁跃迁增强、无线能量传输等。
2018-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Reconfigurable Mid-Infrared Hyperbolic Metasurfaces using Phase-Change Materials
超颖表面提供了在纳米尺度上控制光传播的潜力，用于自由空间和表面限制几何形状中的应用。现有的超颖表面经常利用具有高吸收损耗的金属极化激元元件和/或用于单一功能的固定几何设计。在这里，我们克服了这些限制，通过展示一个可重构的双曲线超颖表面，包括同位素富集的六方氮化硼（hBN）的异质结构，直接接触的相变材料（PCM）二氧化钒（VO 2）。在VO 2中的空间局部化的金属和介电域改变了hBN中支持的双曲声子极化激元（HPhPs）的波长，在1450 cm-1处为1.6倍。这引起了hBN中HPhP的平面内发射、折射和反射，证明了在纳米尺度下平面内HPhP传播的可重构控制15。这些结果是基于结合双曲介质和PCM，以设计光学功能，如谐振腔，光束转向，波导和聚焦与纳米控制的一个可推广的框架。
2018-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Angular-Momentum Selectivity and Asymmetry in Highly Confined Wave Propagation Along Sheath-Helical Metasurface Tubes
高度受限的表面波提供了独特的机会来增强光与局部发射体或分子的相互作用。超颖表面中的双曲色散使我们能够定制和操纵表面波，增强宽带上的局域态密度。到目前为止，在这个平台上的传播主要是在平面几何中研究的，这有利于分析，但在某种程度上限制了可能性的范围。在这里，我们表明，“包装”双曲元表面到管可以大大丰富沿其轴的波传播动力学。该系统显示出与携带光学角动量的场和源的强相互作用，明显的场不对称性，并打开了通向谷特异性激发和路由的路径。此外，我们证明了各种参数制度，使强大的自旋和螺旋动量锁定。
2019-02-04 physics.optics
Collective near-field coupling in infrared-phononic metasurfaces for nano-light canalization
极化激元，光子和偶极物质激发的耦合激发，可以沿着具有双曲线或椭圆色散的各向异性超颖表面传播。在从双曲色散到椭圆色散的转变（对应于拓扑转变），发现了各种有趣的现象，如光子态密度的增强、极化激元沟道化和超透镜化。在这里，我们从理论和实验上研究的拓扑结构的转变和极化激元耦合的深亚波长元件在单轴红外声子超表面，六方氮化硼（hBN）纳米带光栅。通过高光谱红外纳米成像，我们观察到，第一次，在中间的hBN Reststrahlen带的合成横向光学声子共振（即，强集体近场耦合的纳米带），产生从双曲线到椭圆色散的拓扑过渡。我们进一步可视化和表征的空间演化的深亚波长渠化模式附近的过渡频率，这是一个准直极化激元，是hyperlensing和无衍射传播的基础。我们的研究结果提供了基本的见解极化激元近场耦合在超颖表面的作用，创造拓扑转变和极化激元渠化。
2020-06-02 physics.optics
Giant Second-Harmonic Generation in 3R-MoS2/MLM Hybrid Metasurfaces Cavities
Institute of Materials Research and Engineering, Agency for Science, Technology, and Research (A*STAR)（材料研究工程研究所，科学、技术与研究局（A*STAR））
提出基于物理信息AI的逆设计框架NanoPhotoNet-PINL，通过优化多层膜超表面实现3R-MoS2二次谐波强度提升超三个数量级。
2026-06-26 physics.optics quant-ph
Comparison between the linear and nonlinear homogenization of graphene and silicon
在本文中，我们使用一个通用的均匀化方法来模拟两个超颖表面的线性和非线性光学响应：一个等离子体超颖表面由一个正方形阵列的石墨烯十字形补丁和一个介电超颖表面由一个矩形阵列的光子晶体（PhC）腔在硅PhC平板波导。前一个超颖表面在比超颖表面的石墨烯元件大得多的波长处谐振，而后一个超颖表面的谐振波长与其谐振组件的尺寸相当。通过计算和比较这两种超颖表面的有效介电常数和非线性介电常数，我们推断出金属和电介质超颖表面均匀化方法有效的条件的一些一般原则。特别地，我们表明，在石墨烯超颖表面的情况下，均匀化方法很好地描述了其线性和非线性光学性质，而在硅PhC超颖表面的情况下，均匀化方法不太准确，特别是在光学共振附近
2019-11-23 physics.optics
Green's functions theory of nanophotonic cavities with hyperbolic materials
本文发展了含有双曲介质的深亚波长光学腔的准静态电动力学格林函数理论。我们将我们的理论应用到一维腔实现使用六方氮化硼和图案化的金属基板。
2021-03-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hyperbolic spoof plasmons in layered equivalent graphene metasurfaces
石墨烯等离子体的进步为设计和制造各种纳米电子器件和其他令人兴奋的光学器件提供了许多机会。但是，由于材料性能的限制，其工作频率不能下降到微波范围。在这项工作中，微波等效石墨烯的新概念的基础上的单层等离子体超颖表面的提出和证明。基于这一概念，理论上可以通过周期性地堆叠等效石墨烯超颖表面来获得椭圆和双曲色散。作为概念和方法的证明，设计并数值演示了椭圆形和全金属双曲超材料。作为该方法的具体实现，制备了一种实用的双曲型超材料，并通过定向传输和光子自旋霍尔效应验证了该方法的有效性。此外，为了研究该方法在极端参数条件下的有效性，设计并制作了一个概念验证超透镜，其近场分辨率为0.05 $λ$的实验验证。基于所提出的概念，不同的光学石墨烯超材料，如调焦镜，色散相关的定向耦合器，和ε近零材料也可以在微波区实现。
2020-06-12 physics.app-ph physics.optics
Ultrathin All-Angle Hyperbolic Metasurface Retroreflectors Based on Directed Routing of Canalized Plasmonics
回射器可以精确地将自由空间中的入射波沿着其原始通道重新定向，这为无线通信中的光操纵提供了前所未有的机会。然而，据我们所知，现有的方法设计的回射器遭受要么笨重的尺寸，窄的角度带宽，或耗时的后处理。在这里，提出了一种基于双曲等离子体元表面的全角度和全角度回射器的设计方案，并进行了实验验证。该方案的物理机制是自由空间中的行波与双曲等离子体元表面上的管道化欺骗表面等离子体之间的高效全角度跃迁。在这种情况下，强约束特性受益于增强的光-物质相互作用，使我们能够路由和回射的渠道SSP与极端的反射结构。作为该方案的验证，设计并制作了厚度近似等于中心波长的后向反射器原型。进一步的实验研究获得了83.2%的最大效率和53°的半功率视场。该方案可以在目标检测、遥感和各种片上光控器件中找到有前途的应用。
2022-01-11 physics.app-ph physics.optics
Lithium Niobate Metasurfaces
锂离子电池是一种多功能材料，被认为是最有前途的多用途光学元件和光子电路的平台之一。针对微型光学元件和系统，锂离子酸盐微结构已被证明具有几微米到几百微米的特征尺寸，如波导、光子晶体、微腔和调制器等。本文提出了在晶体锂离子酸盐薄膜上制备亚波长纳米光栅超颖表面，其具有进一步缩小具有新光学功能的光子器件的覆盖区的可能性。由于孤立脊共振之间的集体晶格相互作用，观察到不同的透射光谱共振，这可以通过改变结构参数进行调谐。此外，我们的超颖表面能够显示出由于结构共振和在可见光谱范围内的锂的固有高透明度而产生的高效透射结构色。我们的研究结果将为基于锂离子的新型超紧凑光子器件的研究铺平道路。
2018-10-29 physics.optics
Active Perovskite Hyperbolic Metasurface
The University of Texas at Dallas（达拉斯大学）；DigiLens, Inc.（DigiLens公司）；ITMO University（ITMO大学）
本研究提出了一种基于溶液处理的金属卤化物钙钛矿增益材料的活性II型双曲超材料，实现了在硅平台上750纳米波长范围内的应用，为芯片级超材料组件和光子集成电路的集成化铺平了道路。
2020-02-10 physics.app-ph physics.optics
Room-temperature exceptional-point-driven polariton lasing from perovskite metasurface
本文利用纳米压印光刻制备的钙钛矿超表面，通过连续域中束缚态附近的奇异点实现室温极化激元激光，验证了无布拉格反射镜平面腔中的低阈值受激发射，并展示了高方向性输出及片上集成兼容性。
2023-04-19 physics.app-ph physics.optics
Dispersive optomechanics of supercavity modes in high-index disks
在这项工作中，我们研究了在电信波长的连续介质中的光学准束缚态和高折射率波长大小的圆盘中的GHz机械模式之间的色散耦合。我们表明，这样的腔可以显示与光机械晶体腔（$g_{0}/2π\backsimeq$ 800 kHz）的光机械耦合率的值。有趣的是，光学谐振与机械模式在远高于10 GHz的频率的光机耦合似乎是可以实现的。我们还表明，在基板上的机械泄漏，可以大大减少通过放置在薄的二氧化硅基座的磁盘。我们的研究结果提出了一种新的路线，超紧凑的光机械腔，可以潜在地安排在大规模的阵列，形成光机械元表面。
2020-09-17 physics.optics
Low-Power Optical Traps using Anisotropic Metasurfaces: Asymmetric Potential Barriers and Broadband Response
我们提出了使用定制的各向异性和双曲超颖表面与线性偏振高斯光束照明的瑞利粒子的光捕获。该平台允许工程师在光束轴处的光学陷阱，其响应由来自光散射过程中超受限表面等离子体的定向激发的非保守和巨大的反冲力控制。与在大块金属上设置的光学陷阱相比，所提出的陷阱是宽带的，在这个意义上，可以设置在超颖表面支持表面等离子体激元的宽范围内以任何频率振荡的光束。在该范围内，超颖表面通过拓扑过渡从各向异性椭圆形演变为双曲线状态，并使光学陷阱具有独特的空间非对称势分布，由激发的等离子体激元的动量不平衡引起的局部势垒，以及允许使用低强度激光束稳定捕获纳米颗粒的增强的势深度。为了研究该平台的性能，我们开发了一个严格的形式主义的基础上的洛伦兹力结合各向异性格林函数的瑞利近似和计算的捕获潜力的非保守力使用Helmholtz-Hodge分解方法。定制的各向异性和双曲线超颖表面，通常由纳米结构化薄金属层实现，使得能够使用在可见光或IR中操作的低强度激光源来捕获和操纵纳米级的颗粒，并且可以实现生物工程、物理和化学中的广泛应用。
2020-08-01 physics.app-ph physics.optics
Negative refraction of ultra-squeezed in-plane hyperbolic designer polaritons
高动量的平面内负折射（即，高k）光子模式可以实现许多应用，例如在深亚波长尺度的平面平台中的成像和超透镜化。然而，它在实验中的实际实施仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一类双曲超颖表面，其特征在于由各向异性的磁片电导率，并可以支持面内超高k磁设计极化激元。基于这样的超颖表面，我们报告的第一个实验观察的全角度负折射的设计师极化激元在极深的亚波长尺度。此外，我们直接可视化的双曲色散的设计者极化激元。更重要的是，我们发现对于这些双曲型极化激元，它们的压缩因子是超大的，具体地说，在实验中它可以达到129，这是一个破纪录的值，超过了自然双曲材料中的压缩因子。本方案实现负折射也适用于其他天然材料，并可能使有趣的应用在纳米光子学。此外，所提出的超颖表面易于在空间和频率上进行剪裁，这可以作为一个多功能的平台来探索双曲极化激元的极高限制和异常传输。
2020-04-03 physics.app-ph physics.optics
Trifolium nanocavity metasurfaces on single-crystal Au(111) for depth-tunable optical-variable reflection
Dar es Salaam University College of Education（达累斯萨拉姆教育学院）；Ulm University（乌尔姆大学）
基于三叶形纳米腔在单晶金(111)表面的深度调控，实现光学变量反射的可调特性，适用于结构色、色过滤和防伪应用。
2026-03-10 physics.optics
Twist-Induced Hyperbolic Shear Metasurfaces
本文利用扭转角调控耦合各向异性弹性超表面，实现双曲波的巨大轴向色散与不对称损耗，并演示无反射负折射和频率编码方向的无衍射无损检测。
2023-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Octave-Spanning Terahertz Quarter-Wave Plates Based on Over-Coupled Fabry-Pérot Resonances in Reflective Metal-Dielectric-Metal Metasurfaces
Center for Integrated Nanotechnologies, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室集成纳米技术中心）
本文提出基于过耦合反射金属-介电-金属超构表面的太赫兹四分之一波片，通过设计相位色散实现宽频带偏振控制，实验验证了其高反射率和高效偏振转换性能。
2026-04-03 physics.app-ph physics.optics
Zero-index and Hyperbolic Metacavities: Fundamentals and Applications
光学谐振腔（Optical Resonant Cavities，ORC）作为光操控的基本构件，在光操控中有着广泛的应用，它可以限制电磁波，改善光与物质之间的相互作用，在腔量子电动力学、非线性光学和量子光学中也发挥着重要作用。特别是近年来，由亚波长单胞组成的人工材料--超材料的兴起，极大地丰富了有机硅的设计和功能。在这里，我们回顾零指数和双曲型超材料构建新的ORC。本文首先介绍了零折射率和双曲型超材料的分类和实现方法。其次，总结了零折射率腔和双曲腔的独特性质，包括零折射率（双曲）亚腔的几何不变性、均匀/非均匀场分布和拓扑保护（反常标度律、尺寸无关性、高阶模连续性和无色散模）。最后介绍了零指数亚腔和双曲亚腔的一些典型应用，并对亚腔的研究进行了展望。
2021-05-26 physics.app-ph physics.optics
Spin dissymmetry in optical cavities
Stanford University（斯坦福大学）；Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；University of Minnesota（明尼苏达大学）
研究提出自旋不对称性因子，用于量化量子粒子光学跃迁率的自旋选择性，设计并演示了具有三重旋转对称性的超材料光学腔体，以最大化自旋不对称性，从而增强腔体耦合发射器的自旋选择性辐射耦合。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Characterization of Broadband Focusing Microwave Metasurfaces at Oblique Incidence
我们报告的特性消色差聚焦超颖表面在斜入射角。我们发现，除了由于超颖表面的双曲线相位轮廓而发生的固有离轴像差之外，由于超原子的角色散，聚焦性能显著降低。为了深入了解元原子的角度和光谱带宽如何与元表面聚焦性能相关，使用了点偶极子模型，该模型结合了元原子角度响应的不同方面。需要强调的是，尽管元原子是在假设它们支持单个偶极共振的情况下设计的，但元原子几何结构内存在其他共振，并且在斜入射时变得更强。这些共振干扰了设计的相位和振幅响应，导致在较高入射角下的较低聚焦效率。高阶模式的建模导致与实验测量的良好一致性，证实了元原子的角色散是确定离轴像差的主要机制。
2020-12-02 physics.app-ph physics.optics
Reflection suppression by the hyperbolic-medium antennas and silicon particles
由具有双曲色散的材料制成的光学天线是实现有效的亚波长散射体的替代方法，并且可以克服由等离子体激元和全介电设计施加的限制。最近出现的天然双曲材料六方氮化硼支持声子极化激元激发具有低光学损耗和高各向异性。在这里，我们研究的双曲介质（HM）天线的散射特性，特别是，我们考虑的组合的两种类型的颗粒- HM酒吧和硅球-安排在一个周期性的阵列。我们分析了激发的电和磁共振的粒子和它们的重叠在阵列中的效果。我们从理论上证明，从阵列的反射率的减少可以实现与适当的粒子尺寸，不同的粒子类型的电和磁共振重叠，和共振振荡的相位。在这种情况下，广义Kerker条件得到满足，并且阵列中的颗粒二聚体有效地在前向方向上散射光。该效应可用于设计基于六方氮化硼散射体的超颖表面，并可用于中红外光子学。
2018-01-05 physics.optics
Thermo-optical bistability enabled by bound states in the continuum in silicon metasurfaces
本文研究了硅超表面中连续域束缚态（BIC）增强的热光非线性，实现了光学双稳态，并通过调控辐射损耗和入射角控制迟滞回线参数，提出了非线性临界耦合机制以优化开关性能。
2023-08-11 physics.app-ph physics.optics
Multipole resonances and directional scattering by hyperbolic-media antennas
我们建议使用由天然双曲材料六方氮化硼（hBN）制成的光学天线，并且我们证明这种介质是等离子体和全介电材料的一种有前途的替代品，用于实现基于它们的高效亚波长散射体和超颖表面。我们从理论上表明，双曲介质中的粒子具有不同的共振，使高k波的支持和他们的反射从粒子边界。在这些共振中，存在电四极激发，其引起粒子的磁共振，类似于高折射率粒子中发生的情况。粒子共振的激发伴随着纳米粒子阵列的反射下降到接近零的值，这可以归因于共振Kerker效应。如果粒子以周期d排列在间隔物阵列中，则在波长d、d/2、d/3等处可能有窄晶格共振。这提供了额外程度的控制和可能性，以在由阵列间隔限定的波长处激发共振。对于hBN粒子与双曲色散，我们表明，全范围的共振，包括磁共振和反射的减少，是可能的。
2017-06-22 physics.optics
Effective surface conductivity of plasmonic metasurfaces: from far-field characterization to surface wave analysis
超颖表面提供了巨大的潜力来控制近场和远场，通过工程的光学性质的基本细胞或元原子。这种观点开辟了一条在纳米级和光子学应用中有效操纵光信号的途径。在本文中，我们表明，通过使用一个有效的表面电导率张量，它是可以明确地描述在远场和近场制度的各向异性超颖表面的光学性质。我们首先检索的有效表面电导率张量的实验和数值反射光谱的比较分析，由椭圆形的金纳米粒子组成的metasurface。之后恢复电导率进行了验证，在交叉检查与半解析参数与离散偶极子模型与偶极子相互作用的贡献。所获得的有效参数进一步用于在超颖表面局部化的表面等离子体激元的色散分析。有效介质模型预测存在的TE和TM偏振等离子体激元在很宽的光学频率范围内，并描述了他们的色散特性，特别是，从椭圆形到双曲线政权的拓扑过渡合格的精度。分析问题提供了一个简单实用的方法来描述属性的元表面，包括在近场区提取有效的参数，从方便的远场表征。
2017-12-18 physics.app-ph physics.optics
2-dimensional hyperbolic medium for electrons and photons based on the array of tunnel-coupled graphene nanoribbons
我们研究了隧道耦合石墨烯纳米带阵列的电子能带结构和光学电导率。我们发现，由于锯齿形纳米结构的电子边缘态的耦合，费米表面可以成为一个双曲线类似的情况下，层状金属-电介质结构，其中双曲线的等离子体轮廓起源于局部表面等离子体激元的耦合。此外，我们表明，对于这两种类型的带状边缘，该结构的光学响应的特点是单轴电导率张量，具有不同的符号的主成分。因此，隧道耦合纳米阵列可以被看作是一个可调的双曲超表面。
2015-06-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Probing hyperbolic polaritons using infrared attenuated total reflectance micro-spectroscopy
双曲极化激元模式在纳米光子学中有着广泛的应用，包括表面增强传感、亚衍射成像和可重构超表面。在这里，我们表明，衰减全反射显微光谱（ATR）使用标准的光谱工具，可以发射双曲极化激元的Kretschmann-Raether配置。我们测量多个双曲线和介电模式内的自然双曲线材料六方氮化硼作为不同的同位素富集和薄片厚度的函数。这克服了基于纳米结构或散射扫描近场光学显微镜的测量方法的技术挑战。最终，我们的ATR方法使我们能够系统地比较由不同技术制备的小尺度材料的光学性质
2018-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nano-scale tunable optical binding mediated by hyperbolic metamaterials
精心设计的纳米结构可以激发新型的光机械相互作用，并允许超越经典衍射光学元件的限制。除了强的近场定位，纳米结构的环境允许控制散射通道，并可能定制多体相互作用。在这里，我们调查的光学绑定的效果，其中几个粒子表现出集体的机械行为聚束在一起的光场。与经典的结合，其中粒子之间的分离距离是衍射限制，一个辅助双曲元表面在这里示出，通过引入几个可控的近场相互作用通道来打破这一障碍。双曲超材料的强材料色散以及其支持的光学模式的高空间限制允许实现优异的调谐能力和对纳米尺度上的结合距离的有效控制。此外，由于来自衬底的体积模式的多次反射，与自由空间场景相比，仔细选择超材料板厚度能够使光学结合距离减小几个数量级。辅助可调超材料，它允许控制集体光机械相互作用的纳米尺度上，打开了一个新的研究，包括集体纳米流体相互作用，触发生物化学反应和许多其他的场所。
2019-09-26 physics.optics
Dynamically Tunable Membrane Metasurfaces for Infrared Spectroscopy
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Istanbul University（伊斯坦布尔大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
本文提出一种可动态调节的硅膜元表面，用于实现高Q值的透射共振，通过热光效应实现EIT模式连续调制，实现非接触化学分析和分子振动强耦合。
2025-06-11 physics.app-ph physics.optics
Nanoring Tamm Cavity in the Telecommunications O band
本文提出一种纳米环Tamm结构，通过减少金属层吸收提高发射效率，优化用于光通信O波段，输出效率提升至35%。
2024-02-16 physics.optics
Plug-Play Plasmonic Metafibers for Ultrafast Fiber Lasers
通过在光纤尖端集成超表面，超光纤将传统光纤的功能扩展到前所未有的纳米级光操纵，成为纳米科学和纤维光学社区的新兴光耦合平台。目前的元光纤主要是探索孤立的裸光纤，由于缺乏与通用光纤网络的标准接口，因此仍然是概念验证。在这里，我们开发了新的方法来制造定义良好的等离子体超颖表面直接在商业单模光纤跳线使用标准的平面技术的端面上，并提供了第一个演示其实际应用中的非线性光学制度。具有即插即用连接光纤电路和任意超表面景观，与可调谐等离子体共振的超光纤实现到光纤激光器腔，产生全光纤亚皮秒（最小513 fs）孤子锁模激光器在1.5微米和2微米的光波长，展示其不寻常的偏振非线性传递函数和优越的饱和吸收响应。等离子体超颖表面的饱和吸收背后的物理机制提供了新的见解。纳米纤维工艺流程与现有的洁净室技术兼容，为超纤维成为功能化纤维组分的常规成员提供了途径。这项工作为下一代超快光纤激光器、光学频率梳、光学神经网络和用于传感、成像、通信等的超紧凑“全光纤”光学系统铺平了道路。
2022-09-28 physics.app-ph physics.optics
Overcoming the efficiency-bandwidth tradeoff for optical harmonics generation using nonlinear time-variant resonators
本文提出利用时变谐振结构克服非线性光学中效率与带宽的权衡，通过优化激励格式和谐振器时间演化实现超越腔体带宽的高效谐波产生。
2019-11-05 physics.optics
Lattice Kerker effect in the hexagonal boron nitride antenna array
在纳米级光学元件的实际实现中，在构成介质中具有双曲线光色散的亚波长粒子是等离子体、高折射率电介质和半导体结构的有前途的替代物。面元氮化硼（hBN）是一种具有自然双曲线性质的层状范德华材料，同时具有低损耗的声子-极化激元。在这项工作中，我们考虑多极激励和天线的hBN粒子的周期性排列和集体阵列模式的重点属性。我们分析了在天线阵列中的晶格共振的激发和共振移位的效果，并与晶格中的粒子所支持的其他多极子重叠。从阵列的反射率的减少是通过适当的晶格间距（周期）来实现的，其中电多极子和磁多极子重叠，并且谐振振荡是同相的并且在幅度上是可比的。我们从理论上证明了广义Kerker条件在这种情况下得到满足，并且阵列中的hBN天线在主要向前的方向上有效地散射光，从而导致近零反射率。双曲介质天线的共振晶格Kerker效应可以应用于开发基于hBN谐振器的中红外光子学超颖表面。
2018-09-04 physics.optics
High quality nanocavities through multimodal confinement of hyperbolic polaritons in hexagonal boron nitride
本研究首次在六方氮化硼中利用双曲极化激元的多模态干涉实现类连续谱束缚态纳米腔，获得体积小至23x23x3 nm^3、品质因子超400的腔体，为深亚波长光约束提供新机制。
2023-12-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Very-Large-Scale-Integrated High-$Q$ Nanoantenna Pixels (VINPix)
本文提出超大规模集成高Q值硅纳米天线像素VINPix，通过结合导模共振波导与光子晶体腔，同时实现高Q值、亚波长模式体积和偶极子型辐射，并展示其在无光谱仪折射率传感中的应用。
2024-03-30 physics.optics
Hybrid Cavity from Tunable Coupling between Anapole and Fabry-Perot Resonance or Anti-resonance
Modern Matter Laboratory and Advanced Materials Thrust, The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（现代物质实验室与先进材料组，香港科技大学（广州））；Department of Electrical and Electronic Engineering, The University of Hong Kong（电气电子工程学系，香港大学）
通过将Anapole超材料嵌入可调FP腔，实现混合腔，产生超强耦合极化子并增强LDOS，用于量子光学和分子传感研究。
2025-12-24 physics.app-ph physics.optics
