Bulk Negative Index Photonic Metamaterials for Direct Laser Writing
我们展示了在电信波长附近的一维和二维光子负折射率超材料的设计。设计的体结构是内在连接的，这使得它们的制造可行的直接激光写入和化学气相沉积。
2008-07-29 physics.optics
Nonplanar Chiral Metamaterials with Negative Index
我们从实验和数值上证明了非平面手征超材料具有巨大的旋光性、圆二色性和负折射率。实验的透射、反射和反演结果与模拟结果吻合得很好。这是设计和制备三维各向同性手征超材料的重要一步。
2009-07-01 physics.optics
Design, fabrication, and spectral characterization of TM-polarized metamaterials-based narrowband infrared filter
双曲超材料作为一种非磁性各向异性人工结构，在一个方向上表现出金属特性，在正交方向上表现出介电特性。本项目提出的双曲型超材料滤波器设计为金属丝网垂直于介质材料的交替层，保持TM中心波长不变，对于不同角度的入射光在M波段。这种纳米结构的几何尺寸小于工作波长，并且由于双曲色散而支持大的波矢量。与传统的布拉格叠层相比，铜法克尔床使滤波器的传输特性相同。为此目的，需要最先进的制造方法来在非晶硅和二氧化硅的交替层中制造这种小尺寸。在这项工作中，首先，我们演示了模拟布拉格堆栈与RCWA和有限元方法。然后，我们专注于我们的第一次多步光刻方法用于制造过滤器。最后，我们利用傅里叶变换红外光谱实验验证所制作的滤光片的光学特性。实验和光谱数据表明，双曲超材料滤波器的传输特性保持相同的倾斜TM偏振入射光。
2022-01-17 physics.app-ph physics.optics
Composite THz materials using aligned metallic and semiconductor microwires, experiments and interpretation
我们报告的制造方法和太赫兹特性的复合膜含有对齐的金属（锡合金）微丝或硫属化物As 2Se 3微丝。微导线阵列是由堆叠和拉伸光纤制造技术，使用多步共拉低熔点金属或半导体玻璃与聚合物一起。然后将纤维堆叠在一起并压制成复合膜。通过超材料薄膜的传输研究在整个太赫兹范围内（0.1-20太赫兹）使用FTIR和TDS的组合。含金属的超材料被发现具有强偏振特性，而含半导体的材料是偏振无关的，并且可以具有可设计的高折射率。利用传输矩阵理论，我们展示了如何反演复合薄膜的复偏振相关折射率。然后，我们详细的自洽算法检索的光学性能的金属合金的超材料层的制造中使用的有效介质近似。最后，我们通过比较使用2，3和4个连续图纸制作的样品，研究了通过重复堆叠和绘制过程制造亚微米金属线的超材料的挑战。当使用金属合金时，我们观察到相分离效应和纳米网格在小金属线上的形成。
2010-09-14 physics.optics
Design and fabrication guide for a new metamaterial as an absorber of visible light with exceptionally high absorption efficiency
我们提出了一个指导的CMOS兼容的超材料微结构的设计和制造的可见光的吸收器具有非常高的吸收效率（~98%），波长为400 nm-700 nm。采用基于COMSOL multyphysics软件的有限元法对微结构的结构参数进行了优化。该结构的优化的2D晶胞由4um × 160nm TiN基片和覆盖有70nm厚的二氧化硅（SiO2）的玻璃衬底组成。在SiO2上沉积氮化钛（TiN）带的周期性结构（每个带90 nm厚和2微米宽）。这些带覆盖有40 nm厚的高温介电二氧化铪（HfO2）层，周期为4微米。该单元沿另一维度对称，并沿水平方向周期性地重复。此外，尽管这种微结构针对可见光光谱进行了优化，但其在400 nm至1200 nm的波长光谱上也显示出几乎相似的吸收，约96%的积分吸收。这项调查表明，模拟和实验结果之间的良好协议。
2023-02-27 physics.app-ph physics.optics
Gaussian Beams in Near-Zero Transition Metamaterials
我们从理论和数值上研究了高斯光束在正-零-负折射率和正-零-正折射率两种过渡型超材料中的共振场增强现象，并证明了这两种情况下的强局域共振场增强。该研究在纳米光学、亚波长成像、纳米加工等领域具有重要的应用价值，为研究更复杂的矢量和涡旋光束在梯度折射率材料中的传输奠定了基础。
2012-08-01 physics.optics
Towards all-dielectric metamaterials and nanophotonics
我们回顾了一个新的，快速发展的领域，全介电纳米光子学，它允许控制结构化物质的磁和电响应的工程Mie共振在高指数介电纳米粒子。我们讨论了这种介电纳米粒子的光学性质，它们的制造方法，以及最近在全介电元器件，包括耦合谐振器介质波导，纳米天线和元表面的进展。
2015-03-30 physics.optics
Fabrication Tolerant Multi-Layer Integrated Photonic Topology Optimization
针对多层集成光子器件的层间对准与共形分层制造误差，提出层受限拓扑优化及鲁棒公式，并在光栅耦合器和偏振旋转器中验证。
2024-04-10 physics.app-ph physics.optics
A simple metamaterial absorber associated with Fano-like resonance
提出了一种简单的超材料吸收体，其适于在与Fano类谐振相关联的大面积上制造。所提出的设计的超材料吸收体由硅衬底上的光致抗蚀剂盘阵列组成，然后在结构的顶部沉积三层Au、ZnS和Au。由于三层，在衬底和光致抗蚀剂盘顶部上的金层之间形成空腔，并且在衬底上的金层和ZnS层本身之间的ZnS层中形成波导。由于腔模和导模共振的干涉以及伍兹反常，产生了类法诺共振。腔模共振作为连续模工作，而导模共振和Woods异常作为离散模工作。共振的光谱位置可以通过仅控制三层的厚度来调谐，而不是如常规超材料吸收器中通常所做的那样对微米和纳米结构的结构尺寸和形状进行修改。这种设计可以容易地按比例缩放以用于大面积上的制造，因为它将结构化和沉积工艺分开并使它们顺序进行，从而避免了常规超材料处理通常需要的昂贵且复杂的剥离或蚀刻工艺。
2019-04-06 physics.optics
Design, fabrication, and spectral characterization of temperature-dependent liquid crystal-based metamaterial to tune dielectric metasurface resonances
可调谐介电亚表面纳米结构在光学应用中提供了令人难以置信的性能，这是由于其非凡的偏振可调谐性和在红外范围内以低损耗设计光的光的色散。在这篇文章中，我们设计和实验测量的全介质亚波长硅纳米粒子的可调谐性的帮助下，基于温度的折射率的液晶在电信制度。用数值软件模拟了由高介电纳米盘包围的双液晶（NLC）结构，用预取向材料组装，并通过傅里叶变换红外（FTIR）光谱进行了光学测量。模拟结果与实际测量结果相一致，表明该调谐器达到了30nm的可调谐性。利用各向异性的温度依赖性非线性电容器，以不同的速率对高介电纳米盘的电和磁共振模式进行剪裁。各向异性到各向同性液晶液晶的相位切换实现了全介电超颖表面的两种模式的光谱调谐，并且修改了超颖材料结构的光学响应的对称性。
2022-01-17 physics.app-ph physics.optics
Low-loss, fabrication-tolerant, and highly-tunable Sagnac loop reflectors and Fabry-Pérot cavities on thin-film lithium niobate
在薄膜铌酸锂上提出低损耗MZI，利用可调Sagnac环路反射器构建Fabry-Pérot腔实现2×10^6品质因数，并通过热隔离沟槽将热光相移器功耗降低超10倍，助力复杂光子集成电路扩展。
2025-05-29 physics.app-ph 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
Self-assembled hexagonal double fishnets as negative index materials
我们的实验表明，在近红外波长范围内的负折射率超材料的制造胶体光刻的成功使用。特别是，我们研究了广泛研究的双鱼网超材料的具体实现，由一个金-硅-金层堆叠穿孔的六边形阵列的圆孔。通过调节孔的直径，我们可以将这些自组装的超材料定制为单负（ε < 0）和双负（ε < 0和μ < 0）超材料。
2010-10-18 physics.optics
Intra-connected three-dimensionally isotropic bulk negative index photonic metamaterial
各向同性负折射率超材料（NIM）是非常需要的，特别是用于实现超高分辨率透镜。然而，现有的各向同性NIM仅在二维上起作用，并且不能被微型化超过微波。直接激光写入工艺可以是朝向三维（3D）各向同性块体光学超材料的制造的范式转变，但仅以额外的设计约束（即连接性）为代价。在这里，我们证明了一个原则性的设计，要求连接并不排除完全各向同性的左手行为。这是实现光学波长下的体3D各向同性NIM的重要一步。
2010-04-02 physics.optics
Experimental characterization of an ultra-broadband dual-mode symmetric Y-junction based on metamaterial waveguides
硅光子集成电路通常需要具有最小损耗、小尺寸、超宽带宽和宽松制造公差的3 dB光功率分配器，以在整个芯片上分配光，并作为形成更复杂器件的关键构建块。对称Y结在其他功率分配器件中脱颖而出，因为它们的波长无关响应和简单的设计。然而，当前制造方法的有限分辨率导致两个Y结臂之间的尖端处的最小特征尺寸（MFS），这导致基模的显著损耗。在这里，我们建议利用亚波长超材料在一种新型的超宽带和制造宽容的Y型结规避这一限制。在260 nm带宽（1420-1680 nm）上的详尽实验研究表明，对于高分辨率光刻工艺（MFS约50 nm），基本横向电模式（TE 0）的过量损耗低于0.3 dB，并且对于100 nm的制造分辨率，过量损耗小于0.5 dB。具有正负10 nm的确定性引起的误差的亚波长Y结进一步证明了稳健的制造公差。此外，使用高分辨率光刻，该分束器在100 nm带宽（1475-1575 nm）内对一阶横电模式（TE 1）表现出低于1 dB的过量损耗。
2023-01-10 physics.app-ph physics.optics
Substrateless metamaterials at mid-infrared frequencies
我们报告的制造和中红外传输性能的独立的薄金属膜，周期性图案化的孔在周期下降到2微米，面积为3x 3平方毫米。正方形网格制造的电子束光刻和深蚀刻技术和显示无基板孔，与金属被支持的图案化的介电氮化硅膜。中红外透射光谱的无衬底网格显示非凡的透射峰和共振吸收线与Q-因子高达22。这些光谱特征是由于辐射与表面等离子体模式的相互作用。在选定的频率下的高透射率和介电常数的负值使我们的无衬底结构的理想候选人的中红外超材料的制造。
2009-07-27 physics.ins-det physics.optics
Optical Metamagnetism and Negative Index Metamaterials
一种新的人工结构材料称为超材料，可以实现自然界中不存在的电磁特性。本文综述了光学超材料领域的最新进展。纳米结构超材料可以提供人工磁响应和光频负折射率。到目前为止，已经制造了光学超磁材料，以证明在红外和整个可见光谱中的人工磁响应，而显示负折射率的超材料，也称为负折射率材料（NIM），已经在红外和可见光谱范围的边界处得到证明。在这里，我们报告的结果，显示NIM行为的红光在波长为710 nm的样品。这是迄今为止观察到光的NIM行为的最短波长（不包括建立在表面等离子体激元上的设备）。我们还讨论了制造的挑战和制造限制的影响，特别是表面粗糙度的超材料的光学性能上的制造结构。
2008-06-16 physics.comp-ph physics.optics
Fabrication and characterization of plasmonic nanopores for Raman detection of biomolecules
在本论文中，各种等离子体材料，如双曲型超材料纳米孔阵列和Au涂覆的独立纳米组装支撑纳米孔，旨在进行DNA分子的光学传感与表面增强拉曼光谱在流通配置。
2022-11-11 physics.app-ph physics.optics
Inverse Design of Metamaterials with Manufacturing-Guiding Spectrum-to-Structure Conditional Diffusion Model
The University of Tokyo（东京大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；RIKEN Center for Advanced Intelligence Project（日本理化学研究所先进智能项目研究中心）
本文提出基于条件扩散模型的光谱到结构通用逆向设计框架，可生成多样且光谱准确的超材料结构，并通过热伪装自由形式超材料的设计与制造验证其有效性。
2025-06-08 cs.LG 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
Broadband and fabrication-tolerant 3-dB couplers with topological valley edge modes
针对3-dB耦合器带宽有限且对制造误差敏感的问题，提出基于valley-Hall拓扑和镜像对称性的拓扑3-dB耦合器框架，实现48 nm宽带和20 nm误差容差的理想分光，并扩展至稳健的片上拓扑干涉仪设计。
2024-03-25 physics.app-ph physics.optics
Deep Learning-Optimized, Fabrication Error-Tolerant Photonic Crystal Nanobeam Cavities for Scalable On-Chip Diamond Quantum Systems
本文提出基于卷积神经网络的深度学习优化方法，用于设计容制造误差的金刚石光子晶体纳米束腔，在保持高品质因子的同时提升色心耦合效率，推动可扩展片上金刚石量子系统的高良率制造。
2025-02-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
All-dielectric nanophotonics: fundamentals, fabrication, and applications
在这篇文章中，我们回顾了现代光科学中一个新颖、快速发展的领域，即全介电纳米光子学。纳米光子学的这一分支是基于高折射率介电纳米粒子的特性，其允许控制纳米结构物质的磁响应和电响应。在这里，我们讨论了高折射率介电纳米粒子的光学性质，它们的制造方法，以及在实际应用中的最新进展，包括量子源发射工程，Fano共振在全介电纳米团簇，表面增强光谱和传感，耦合谐振腔光波导，超材料和超表面，和非线性纳米光子学。
2017-12-14 physics.optics
III-V semiconductor nano-resonators-a new strategy for passive, active, and nonlinear all-dielectric metamaterials
由介质谐振器组成的超材料由于其低的本征损耗和各向同性的光学响应而引起了人们的广泛关注。特别地，由硅介电谐振器制成的超颖表面已经显示出期望的行为，诸如有效的非线性光学转换、光谱滤波和先进的波前工程。为了进一步探索电介质超材料的潜力，我们提出了由外延生长的III-V族半导体制造的全电介质超材料，其可以利用III-V族半导体的高二阶光学可折射率，以及单片集成有源/增益介质的容易性。具体而言，我们使用选择性湿氧化工艺来创建GaAs纳米谐振器，该工艺形成低折射率AlGaO（n~1.6）下层，类似于使用绝缘体上硅晶片形成的硅介电谐振器。我们进一步使用相同的制造工艺来展示多层III-V介质谐振器阵列，为我们提供了新的器件工程自由度。对于这些阵列，我们在实验上测量~100%的反射率在一个广泛的光谱范围。我们设想，全介质III-V族半导体超材料将为无源、有源和非线性全介质超材料开辟新的途径
2016-05-01 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
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
Beyond Bragg-Mirrors for Gravitational Wave Telescopes: A Fabrication Tolerant Hybrid Metasurface-Bragg Mirror Design
Friedrich Schiller University（弗里德里希·席勒大学）；Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学）；Institut für Halbleitertechnik, Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学半导体技术研究所）；Fraunhofer-Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）
为未来引力波探测器设计高反射率且低热噪声的镜面涂层，结合超材料与布拉格镜，通过仿真和蒙特卡洛分析优化性能，实现热位移噪声降低一个数量级。
2026-05-01 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Pushing the feature size down to 11 nm by interference photolithography with hyperbolic metamaterials under conventional UV light source
受成本和复杂度的限制，传统的干涉光刻技术很难实现超分辨光刻。我们在这里开发了等离子体干涉光刻技术，通过使用双曲型超材料（HALF）/光刻胶/金属等离子体波导，将特征尺寸理论上推低至16 nm，甚至在365 nm波长下的TM偏振下推低至11 nm。该波导可以支持高k模的超分辨光刻。此外，所提出的光刻结构中支持的等离子体激元模式可以通过HMM的尺寸和材料的介电常数来定制，这使得在常规UV光下获得更高分辨率的图案成为可能。我们的研究结果开辟了一条途径，推动纳米光刻节点向10 nm的低成本和大面积制造在传统的紫外光源。
2022-09-06 physics.optics
Highly fabrication tolerant InP based polarization beam splitter based on p-i-n structure
在这项工作中，一种新型的高度宽容的偏振分束器（PBS）的InP平台上。为了实现分裂，我们结合了Pockels效应和等离子体色散效应在一个对称的1 × 2马赫-曾德尔干涉仪（MZI）。MZI的一个p-i-n移相器在正向偏压下驱动，以利用等离子体色散效应并修改TE和TM模式的相位。MZI的另一个臂在反向偏置下驱动，以利用仅影响TE模式的普克尔斯效应。通过调整两个移相器的电压，可以为TE和TM模式设置不同的干扰条件，从而在MZI的输出端将它们分离。通过调整电压，全无源PBS已知的非常严格的制造公差得到缓解。实验结果表明，在整个C波段（1530- 1565 nm），消光比优于15 dB，片上损耗为3.5dB。
2022-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Alignment Tolerant Broadband Compact Taper for Low-Loss Coupling to a Silicon-on-Insulator Photonic Wire Waveguide
我们实验证明了一个宽带，制造宽容，CMOS兼容的紧凑型硅波导锥（34.2 μ m）在绝缘体上硅线波导。该锥体沿锥体长度作用于多模干涉。单锥设计具有宽带操作，在700 nm以上耦合效率>70%，可用于O、C和L波段。紧凑的锥形对制造变化具有高度的耐受性; >100 nm的锥形和端波导宽度变化使锥形传输变化<5%。器件的占用面积（即，锥形以及线性光栅）为~ 442 m2;即，比绝热锥形小11.5倍。具有线性光栅的锥形提供与标准使用的聚焦光栅相当的耦合效率。我们还比较了聚焦光栅和线性光栅的平移和旋转对准公差。
2019-11-27 physics.app-ph physics.optics
Fabrication-tolerant frequency conversion in thin film lithium niobate waveguide with layer-poled modal phase matching
本文提出层极化模态相位匹配方法，通过在薄膜铌酸锂波导底部选择性极化，将频率转换对制造误差的鲁棒性提高5到10倍，并验证了其在电信波长带内频率转换中的应用。
2025-05-06 physics.app-ph 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
Atomic layer deposited second order nonlinear optical metamaterial for back-end integration with CMOS-compatible nanophotonic circuitry
本文提出利用三种介电材料的循环原子层沉积制备非中心对称一维超材料，实现约5 pm/V的有效二阶非线性系数，比同类晶体高一个数量级，为CMOS兼容纳米光子平台的二阶非线性应用开辟了新途径。
2015-08-21 physics.optics
Scalable, ultra-resistant structural colors based on network metamaterials
结构色作为一种未来的印刷技术，从仿生组织到自适应伪装材料，在各种应用中具有广泛的潜力，引起了人们的广泛关注。然而，仍然缺乏一种有效的方法来实现具有可扩展制造技术的鲁棒色彩，阻碍了该平台的实际应用的实现。在这里，我们开发了一种基于大规模网络超材料的新方法，该方法将纳米级的去合金亚波长结构与无损耗的超薄超材料涂层相结合。通过使用理论和实验，我们展示了亚波长电介质涂层如何控制与金属网络中产生的ε近零（ENZ）区域的共振光耦合机制，从而形成覆盖光谱的大部分的高度饱和的结构色。椭圆偏振测量报告了即使在$70$度的角度下对这些颜色的有效观察。这些纳米材料的网络状结构允许高机械阻力，这是量化的一系列纳米划痕测试。由于具有如此显著的特性，这些亚结构代表了用于现实世界的大规模商业应用的稳健设计技术。
2016-05-12 physics.optics
Controlling the Colour of Metals: Intaglio and Bas-Relief Metamaterials
在金属表面上制造凹进（“凹版”）或凸起（“浅浮雕”）的亚波长超材料图案提供了一种用于改变和控制金属颜色的机制，而不采用任何形式的化学表面改性、薄膜涂层或衍射效应。我们表明，通过改变超材料设计的结构参数来调谐吸收共振，可以实现广泛的颜色范围。这种对纯金属进行“结构着色”的新方法为美学（例如珠宝设计）和功能（例如传感器、光调制器）应用提供了极大的通用性和可扩展性。我们在这里集中在可见光的颜色，但概念同样可以应用到其他电磁领域的金属光谱响应的工程。
2010-11-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical Characterization of Epsilon-Near-Zero, Epsilon-Near-Pole and Hyperbolic Response in Nanowire Metamaterials
我们报告了在纳米多孔阳极氧化铝中电沉积直径约30 nm的金纳米线制备的金属纳米线（NW）超材料的光学和物理特性。我们观察到一个单轴各向异性介电响应的NW超材料，显示ε近零（ENZ）和ε近极（ENP）共振。我们表明，NW-超材料的行为从金属-电介质多层（ML）超材料的一个根本区别是ε-近零（ENZ）和ε-近极（ENP）介电响应相对于有效介电张量的光轴的不同方向。与多层超材料相比，纳米线超材料表现出全向ENP和角度相关ENZ。同样与ML超材料相反，NW超材料表现出高吸收性的ENP和ENZ共振，并且可以从自由空间有效地激发。当金纳米棒填充分数从26%变化到10.5%时，我们的制造允许在583 nm到805 nm的可见光和近红外光谱中的ε近零共振的大的可调谐性。我们通过严格的物理和光学表征来支持每个步骤的制造工艺流程。能量色散X射线（EDX）和X射线衍射（XRD）分析用于确定退火前后电化学沉积的Au纳米线的质量。我们的实验结果与周期性等离子体激元晶体的模拟和有效介质超材料极限的分析计算相一致。我们还通过实验表征了ENZ共振时空间色散的作用，并表明ENP共振时不会发生这种效应。这些材料在生物传感、量子光学和热器件领域的应用显示出相当大的前景。
2015-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics physics.plasm-ph
Disorder-immune photonics based on Mie-resonant dielectric metamaterials
当光子结构的特征尺寸变得与光波长相当或甚至小于光波长时，制造缺陷不可避免地引入可能消除亚波长光子器件的许多功能的无序。在这里，我们提出了一个新的概念，以实现一个强大的带隙，可以忍受超过30的无序作为一个结果，从光子晶体米氏共振超材料的过渡。通过利用具有高折射率的Mie共振超材料，我们证明了光子波导和腔具有很强的鲁棒性的位置无序，从而提供了一种新的方法，基于带隙的纳米光子器件具有新的性能和功能。
2019-09-25 cond-mat.dis-nn physics.app-ph physics.optics
Plasmonic nanoparticle monomers and dimers: From nano-antennas to chiral metamaterials
我们回顾了光与等离子体纳米粒子相互作用背后的基本物理。系统地研究了光在单金属粒子（等离子体单体）和两相互作用粒子（等离子体二聚体）上散射的理论基础。有效粒子的磁化率（极化率）的表达式推导，这些结果的应用等离子体纳米天线概述。在长波长极限下，计算了等离子体二聚体阵列的有效宏观参数。这些参数可归因于对应于纳米颗粒的稀排列的有效介质，即，其中等离子体单体或二聚体具有“元原子”功能的超材料。结果表明，由棒状粒子组成的平面二聚体一般具有椭圆二向色性，可作为平面手性超材料的原子。所提出的棒状二聚体几何结构的制造简单性可用于在光学领域中设计更具成本效益的手性超材料。
2011-04-27 cond-mat.mtrl-sci 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
Robust Design by Antioptimization for Parameter Tolerant GaAs/AlOx High Contrast Grating Mirror for VCSEL Application
报道了一种GaAs/AlOx高对比度光栅结构设计，在425 nm大带宽下，反射率高达99.5%。为了提高中红外VCSEL器件的性能，设计了高对比度光栅（HCG）结构，取代了谐振腔的顶部布拉格反射镜。一个强大的优化算法已被实施，以设计HCG结构不仅作为一个有效的反射镜，但也作为一个强大的结构对制造的缺陷。这里提出的设计方法可以很容易地适用于不同波长的其他HCG应用。
2013-10-08 physics.optics
Demonstration of Near-Infrared Negative-Index Materials
金属基负折射率材料在微波领域得到了广泛的研究。然而，负折射率超材料还没有实现在近红外或可见光频率，由于制造的困难，并在这些波长的金属的光学性能普遍较差。本文报道了一种具有2 mm左右负折射率的横向结构金属-介质-金属多层膜的首次制备和实验验证。实验测量了透射和反射的振幅和相位，并与严格的耦合波分析吻合良好。
2005-04-28 physics.optics
Metallo-dielectric core-shell nanospheres as building blocks for optical 3D isotropic negative-index metamaterials
显示出在自然存在的介质中无法获得的电磁特性的材料，即所谓的超材料，最近一直是并且仍然是光学和材料物理与工程中最活跃的领域之一。在这些性质中，最有吸引力的一个是亚衍射分辨能力预测的介质具有折射率为-1。在这里，我们提出了一个全3D，各向同性的超材料与强大的电和磁响应的光学制度的基础上，球形金属介电核壳纳米球。磁响应源于具有高折射率的电介质壳的最低磁偶极共振，并且可以被调谐以与负责电响应的金属芯的等离子体共振一致。由于响应不是源于结构之间的耦合，因此不需要施加特定的周期性布置。此外，由于组分的几何形状，超材料本质上是各向同性和偏振无关的。它可以用当前的制造技术用诸如银（芯）和硅或锗（壳）的材料来实现。对于这些特定的现实设计，超材料在1.2-1.55微米的范围内呈现负折射率。
2011-11-07 cond-mat.other physics.optics
Fabrication of low-loss quasi-single-mode PPLN waveguide and its application to a modularized broadband high-level squeezer
连续波（CW）宽带高能级光正交挤压器是在时域复用连续变量光团簇态上进行高速大规模容错量子计算的关键。利用波导光参量放大器（OPA）可以获得连续波太赫兹带宽压缩光，但由于结构扰动和泵浦诱导效应引起的光损耗导致压缩能级退化，压缩能级已不能满足容错量子计算的应用。在这里，通过使用机械抛光工艺，我们制作了一个低损耗准单模单极化铌酸锂（PPLN）波导，这表明7%的光传播损耗与波导长度为45毫米。使用波导，我们组装了一个低损耗的光纤尾纤OPA模块的总插入损耗为21%。由于其直接键合在LiTaO3基片上的芯，即使在数百毫瓦的泵浦条件下，波导也不会显示泵浦引起的光损耗。此外，准单模结构抑制了高阶空间模的激发，使我们能够获得更大的压缩能级。即使包括光耦合损耗的模块化，我们观察到6.3 dB的压缩光从DC分量高达6.0太赫兹的边带在一个完全的光纤封闭的光学系统。通过排除由于模块化和检测的不完善而引起的损耗，PPLN波导的输出处的压缩水平估计超过10 dB。我们的波导挤压器是一个很有前途的量子光源的高速大规模容错量子计算。
2022-01-05 physics.optics quant-ph
Ultra-compact low-loss broadband waveguide taper in silicon-on-insulator
提出了一种新型的大带宽、容差、CMOS兼容的紧凑型锥形（15 μ m）的设计，并在绝缘体上硅中进行了实验验证。与1550 nm波段的标准聚焦光栅相比，所提出的用于光斑尺寸转换的锥形以及线性光栅耦合器在耦合效率上没有劣化。单锥形设计具有超过600 nm的宽带操作，可用于O、C和L波段。所提出的紧凑型锥形对制造变化具有高度耐受性;锥形宽度的80 nm变化和端部波导宽度的200 nm变化使锥形传输变化<0.4 dB。该器件的覆盖区（即锥形）以及线性光栅约为250 μm2;这比绝热锥形小20倍，比聚焦光栅耦合器小2倍。
2017-05-04 physics.app-ph physics.optics
RF-components embedded with photonic-band-bap (PBG) and fishnet-metamaterial structures for high frequency accelerator application
在高效率和高梯度射频加速器的发展中，已经设计了具有光子带隙（PBG）和渔网-超材料结构的射频波导和腔。所设计的结构包括一个周期性的波纹通道夹在两个光子晶体板与交替的高到低的介电常数和一个多单元腔谐振器设计与渔网超材料孔。我们感兴趣的结构设计旨在仅允许窄频率范围内的操作模式或频带传播。模拟分析表明，被捕获的非PBG模式被有效地抑制到~ -14.3 dB/cm，而PBG模式以~2 dB的插入损耗传播，对应于~1.14 dB/cm的衰减。对鱼网嵌入腔的初步建模分析表明，与典型的药盒或PBG腔相比，工作模式（TM 010）的Q因子和场梯度有明显的改善。Ka波段PBG波导和S波段渔网腔结构的制造目前正在进行中，它们将用微波测试台/8510 C网络分析仪和5.5 MW S波段速调管进行测试。这些结构可以应用于高频加速器中稳定的短束团形成和单色辐射。
2015-02-06 physics.acc-ph physics.optics
Inverse design of an all-dielectric digitized terahertz optical power splitter by particle swarm optimization method
这封信提出了一种基于数字化超材料的50：50 TE太赫兹（THz）功率分配器。该装置采用粒子群优化算法进行优化。数字化超材料的结构包含在二氧化硅衬底上沉积的硅板中的圆形空气孔。优化后的结构在0.9-1.1 THz的频率范围内插入损耗（IL）小于3.9 dB。申报器械的占地面积为400 $\times$ 350 $μ$ m $^2$。该器件具有结构紧凑、效率高、全介质、与CMOS工艺兼容等优点。该器件可以作为一个重要的组成部分，在大多数太赫兹电路路由太赫兹波。
2021-04-15 physics.app-ph physics.optics
Implementation of on-chip multi-channel focusing wavelength demultiplexing with regularized digital metamaterials
绝热波导锥和片上波分复用器是光子集成电路的关键器件。然而，这两类器件采用传统的半解析法或蛮力搜索法设计，往往尺寸较大。在这里，基于正则化的数字超材料，我们已经设计，制造和表征了一个双通道聚焦波长解复用器的足迹为2.4 × 10微米2。所设计的解复用器可以在不需要绝热波导锥的情况下直接与光栅耦合器相连。采用目标优先法和改进的最速下降法设计了一种将1520 nm和1580 nm的光从10 um宽的输入波导分束到两个0.48 um宽的输出波导的解复用器。实验结果表明，该解复用器上（下）通道的插入损耗为-1.77dB（-2.10dB），串扰为-25.17dB（-12.14dB）。此外，模拟结果还表明，器件的刻蚀深度容差可达20 nm，平面尺寸变化容差可达10 nm。受益于我们设计方法的可扩展性，我们可以设计其他类型的超紧凑型“聚焦”器件，如模式分离器，模式转换器和功率分配器，我们也可以设计具有更复杂功能的器件，例如，我们设计了一个三通道聚焦波长解复用器。
2019-08-10 physics.app-ph physics.optics
Wide-angle spectrally selective absorbers and thermal emitters based on inverse opals
工程光学吸收剂在从减少杂散光到能量转换的应用中具有重要意义。我们展示了一种大面积（厘米级）的超材料，其特点是在中红外波长范围内的近单位频率选择性吸收。超材料包括自组装的多孔结构，称为反蛋白石，这里由二氧化硅制成。该结构的大体积分数的空隙，以及二氧化硅在中红外光谱范围内的振动共振，将超材料的折射率降低到接近空气的折射率，并引入相当大的光吸收。结果，频率选择性结构即使在非常倾斜的入射角下也有效地吸收两种偏振的入射光。吸收器在高温下（测量高达~900摄氏度）保持稳定，使其能够作为频率选择性热发射器运行。这种吸收器/发射器的优异性能和易于制造使其成为被动辐射冷却，激光安全和其他大面积应用的有前途的表面涂层。
2019-10-08 physics.app-ph physics.optics
Edge-guided inverse design of digital metamaterial-based mode multiplexers for high-capacity multi-dimensional interconnect
本文提出边缘引导模拟-数字优化方法，实现基于数字超材料波导的模式复用器逆向设计，实验展示五模式复用芯片，在88个波长信道上达到38.2 Tbit s-1创纪录的多维互连容量，突破电子互连瓶颈。
2025-02-27 eess.SP physics.optics
Implementation and Characterization of a Two-Dimensional Printed Circuit Dynamic Metasurface Aperture for Computational Microwave Imaging
我们提出了一个二维的，动态调谐，元表面孔径的设计，制造和实验表征，强调其在计算成像应用中的潜在性能。动态超材料表面孔径（DMA）由一个不规则的平面腔体组成，该腔体馈送大量可调超材料元件，所有这些元件都是在紧凑的多层印刷电路板工艺中制造的。超材料元件作为一个可调辐射器，相关的偏置电路，以及腔参数的设计考虑进行了检查和讨论。一个传感矩阵可以从所测量的发射模式，奇异值频谱提供洞察孔径的信息容量。我们调查的奇异值谱的传感矩阵在各种操作参数，如超材料元素的数量，掩模的数量，和辐射元件的数量。在优化这些关键参数后，我们演示了简单测试对象的计算微波成像。
2019-10-20 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Engineering a Full Gamut of Structural Colors in All-Dielectric Mesoporous Network Metamaterials
结构色是入射光的某些频率在材料中的微米或纳米尺度特征上散射的结果。这是一种完全不同的现象，从不同频率的可见光谱吸收颜料或染料，这是我们日常生活中最常见的着色方式产生的颜色。然而，结构色更坚固，可以在不改变基础材料的情况下设计成跨越大部分可见光谱，只改变其内部结构。它们在自然界中非常丰富，像甲虫壳和蝴蝶翅膀这样色彩缤纷的例子，但很少有方法可以将它们用于大规模的商业应用。在这项工作中，我们提出了一种技术，以创建一个完整的结构颜色的基础上，低成本，鲁棒性和可扩展的制造周期性网络结构的多孔氧化铝以及战略，理论上预测和工程师的不同颜色的需求。我们实验证明了具有工程颜色的介孔网络超材料结构，并讨论了它们在传感，环境监测，仿生组织工程等方面的应用。
2018-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrically Driven Hyperbolic Nanophotonic Resonators as High Speed, Spectrally Selective Thermal Radiators
我们介绍和实验证明了一类新的电驱动的热发射器的基础上，全球对齐的碳纳米管超材料图案化的纳米带。超材料带表现出具有极端各向异性的电子和光子特性，这使得沿着一个轴的低损耗、波长压缩的双曲光子模式和沿着另一个轴的高电阻率和有效的焦耳加热成为可能。在单个芯片上批量制造的器件发射线性偏振的热辐射，其峰值波长由其双曲线共振决定，并且其低热质量产生高达1兆赫的红外辐射调制率。作为概念验证演示，我们展示了单个芯片上的两组热发射器，每个都以不同的光谱峰值位置和调制率工作，可以用于用单个检测器检测二氧化碳。我们预计，批量制造，宽调制带宽和定制的光谱调谐与双曲线芯片为基础的热发射器的组合将使传感，成像和计量应用的多路复用红外光源的新模式。
2022-01-08 physics.app-ph physics.optics
