A unified theory for perfect absorption in ultra-thin absorptive films with constant tangential electric or magnetic fields
在对称环境中，当切向电场（或磁场）几乎恒定时，超薄膜的最大吸收率为50%。然而，使用某些反射器，吸收率可以大大增加，甚至达到完美吸收（100%）。在这项工作中，我们明确地推导出超薄吸收膜参数的一般条件，以实现完美的吸收与一般类型的反射器的条件下，切向电场（或磁场）几乎是恒定的整个膜。我们发现，薄膜的参数可以分为三组，分别表现出：1）大的介电常数（磁导率），2）接近零的磁导率（介电常数），或3）适当的组合的介电常数和磁导率。有趣的是，后两种情况下，表现出非凡的吸收超薄膜几乎消失的损失。我们的工作作为一个指导设计超薄完美的吸收器与一般类型的反射器。
2014-10-02 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
Reflective Arrayed Waveguide Grating with Sagnac Loop Reflectors in Silicon-on-Insulator with Gaussian Pass-band
本文报道了绝缘体上硅反射阵列波导光栅（R-AWG）的实验研究。该器件在阵列中的每个臂上采用一个Sagnac环形镜，内置1x 2输入/输出，50：50分光比，多模干涉耦合器，用于全反射。所获得的光谱响应进行比较，在同一模具中制造的常规AWG。
2014-03-30 physics.optics
Perfect anomalous reflectors at optical frequencies
将光反射到预定的非镜面方向是超表面的重要能力，这是广泛应用的基础（例如，波束控制/分裂和成像）。然而，由于损耗和/或光波的非局部控制不足，在常规超颖表面中的光学频率下没有实现具有100%效率的异常反射。在这里，我们提出了一种新型的全介质准三维亚波长结构，由多层膜和专门设计的元光栅，以实现完美的异常反射在光频率。一个复杂的多重散射过程被有效地耦合不同的布洛赫波和传播波在拟议的元系统，从而提供了整个元系统所需的非本地控制光波实现完美的异常反射。设计了两个完美的反常反射器，将垂直入射的1550 nm光反射到40°和75°方向，绝对效率高于99%，随后制造并实验证明，效率分别为98%和88%。我们的研究结果铺平了道路，实现光学元器件在现实应用中所需的高效率。
2021-11-14 physics.app-ph physics.optics
Low-profile Aperiodic Metasurfaces for High-efficiency Achromatic Anomalous Reflection over a Wide Bandwidth
针对超表面异常反射器的色差问题，本文提出利用考虑单元频率色散的积分方程框架及散射体近场相互作用设计低剖面非周期性消色差超表面，在10GHz实验验证了三个反射器，性能优于传统设计，为宽带消色差波功能提供新方法。
2024-11-27 physics.app-ph physics.optics
Perfect absorption by metal-contacted two-dimensional systems with ultra-proximate reflectors
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Vienna University of Technology（维也纳工业大学）；Institute of Solid State Physics RAS（俄罗斯科学院固体物理研究所）
该研究提出一种由窄二维区域与宽金属区域构成的周期结构，通过超近反射器实现二维系统的100%完美吸收，其共振无需依赖高电子迁移率。
2026-08-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Silicon-Enhanced Nanocavity: From Narrow Band Color Reflector to Broadband Near-Infrared Absorber
本文提出一种硅增强的非对称法布里-珀罗纳米腔，通过介电-半导体-介电间隔层实现近单位彩色反射，仅5 nm厚度变化即可调色，并借助抗反射涂层在800-1600 nm范围实现近单位宽带吸收，适用于显示与热光伏。
2024-11-22 physics.app-ph physics.optics
Optimizing omnidirectional reflection by multilayer mirrors
周期性分层介质可以在给定频率范围内对所有入射角和偏振进行强烈反射。垂直入射的四分之一波长叠加在这种全向反射器的设计中是常见的。我们讨论替代设计标准，以优化这些系统。
2003-10-22 physics.optics
Two-port multimode interference reflectors based on aluminium mirrors in a thick SOI platform
多模干涉反射器是近年来出现的一种新型的用于片上宽带光反射的光子集成器件。在最初的建议中，不同的MIRs被证明是基于由两个深蚀刻面制成的全内反射镜。虽然制造起来更简单，但这种方法对反射面处的场图案的形状施加了某些限制，这反过来又限制了可以实现的MIRs的类型。在这项工作中，我们提出并实验证明使用铝基反射镜的设计具有可变反射率的2端口MIRs。这些反射镜不会对入射场施加任何限制，因此在设计阶段具有更大的灵活性。在3 μ m厚的SOI平台上制作了反射率在~0~~0.5之间的不同器件，并对多个管芯进行了表征，以提取有关其性能的统计数据。我们的测量结果表明，平均而言，在铝镜和接入波导中的损耗将反射率降低到其目标值的约79%。此外，在20 nm波长范围（1540-1560 nm）内获得低于$\pm$ 5%的标准偏差。基于有效折射率法和多层薄膜中的菲涅耳方程，我们还提供了铝反射镜的理论模型，该模型与FDTD模拟结果吻合良好。
2015-04-07 physics.optics
Functional metamirrors
传统的反射镜遵循斯涅耳反射定律：平面波以相同的角度反射。为了设计从镜子反射的场的空间分布，可以塑造反射器（例如，创建抛物面反射器）或在镜面顶部放置一些相位校正元件（例如，设计反射阵列天线）。在这里，我们表明，理论和实验，全功率反射与反射波相位的一般控制是可能的，与深亚波长夹杂物的单层阵列。这些建议的人工表面，元反射镜，提供了各种功能的形状或不均匀的反射器，而不利用任何镜子。这可以实现，只有当阵列中的夹杂物的前向和后向散射可以独立地设计，我们证明，这是可能的，使用电和磁极化夹杂物。所提出的亚波长内含物在工作频带具有所需的反射特性，而在其他频率下，该阵列实际上是透明的。超对称反射镜的概念导致了在整个电磁波谱上的各种应用，例如用于卫星的光学透明聚焦天线、用于射电天文学的多频反射器天线、用于电信的低轮廓共形天线以及用于集成光学的纳米反射阵列天线。
2014-11-20 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
Coherent perfect absorption and reflection in slow-light waveguides
我们确定了一个家庭的不寻常的慢光模式发生在有损耗的多模光栅波导，其中无论是前向或后向模式组件，或两者，成为退化。在完全简并的情况下，通过改变均匀输入波导中的波振幅，可以在相干完全吸收（零反射）和完全反射之间进行调制。完全吸收的波具有非常短的吸收长度，与吸收率的倒数1/3幂成比例。
2013-09-14 physics.optics
Synthesis of passive lossless metasurfaces using auxiliary fields for reflectionless beam splitting and perfect reflection
我们介绍了一个范例，精确设计的元表面复杂的光束操纵，实现功能以前被认为是不可能实现的无源无损元件。关键概念涉及辅助倏逝场的自生成，其促进所需的局部功率节约，而不干扰远场中的器件性能。我们展示了我们的计划，提出精确的无反射分束和完美反射的挑战性问题的反应解决方案，通过全波模拟验证。
2016-07-19 physics.optics
Design and optimization of an AZO-based plasmonic metasurface-driven optical solar reflector for thermal management
University of Namur（南纳慕尔大学）
提出一种由铝背反射器、二氧化硅间隔层和纳米结构AZO层组成的等离激元超表面光学太阳反射器，通过多目标遗传算法优化，实现低太阳吸收率(0.16)和高热发射率(0.83)，为航天器热管理提供超薄高性能方案。
2026-06-12 physics.optics
Coherent perfect absorption mediated anomalous reflection and refraction
我们证明了在双向照明下，在一个独立的波纹金属膜的正常同一侧的光弯曲。利用相干完全吸收（CPA）来抑制镜面零阶，从而导致光有效地向后弯曲成“-1”阶，而“+1”阶与表面模式共振。结果表明，该效应是相敏的，在相同的几何结构中产生CPA和超散射。
2012-07-23 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
Unidirectional perfect reflection and radiation in double-lattice photonic crystals
已知非厄米光子系统表现出独特的现象，其中非厄米性通常由材料损耗或增益引入。在这里，我们提出并实验证明单向现象完全基于辐射。我们的设计是基于一个双晶格光子晶体，具有线性色散与一个单一的例外点，在那里的厄米和非厄米耦合的幅度抵消了在一个方向上。基于这一概念，我们实现了一种单向波导，当光从一侧入射时，它表现出完美的辐射，当光从另一侧入射时，它表现出完美的反射。我们的研究结果将开辟一条新的途径，利用非厄米性。
2023-01-25 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
Plus-minus construction leads to perfect invisibility
最近应用于超材料的理论进展为设计一种涂层开辟了新的途径，这种涂层可以使物体免受电磁辐射甚至视线的影响。在这里，我们提出了一种新的设计，创造完美的隐形设备在各向同性介质。正折射率和负折射率的组合，称为正负结构，对于实现完美的不可见性（即，没有时间延迟和完全没有反射）。与通常的理解相反，即在具有不同折射率的两种各向同性材料之间，电磁反射是不可避免的，我们的方法表明，令人惊讶的是，反射现象可以完全消除。与经典的阻抗匹配不同，本发明的方法还可以在存在由反射引起的失真的情况下找到隐身设备之外的电磁应用。
2010-10-08 physics.optics
Design and optimization of dihedral angle offsets for the next generation lunar retro-reflectors
月球激光测距（LLR）到阿波罗后向反射器，这是测试广义相对论理论的最持久的实验，在过去四十年中一直在运作。目前，随着地面观测条件的显著改善，LLR精度的瓶颈在于回复反射器。基于NASA最近的月球项目，已经提出并实施了具有预定二面角偏移的新一代大孔径后向反射器，以将其测距不确定性降低到小于1.0 mm。该技术依赖于后向反射器相对于地面LLR观测站（LLRO）偏移其相对角速度的能力，从而可以在保证LLR精度的同时，增加波束反射面积。在部署中，基于阿波罗11号和15号阵列的经验成功的固体角隅反射器（CCR）已被选为下一代月球反射器（NGLR），因为它们对月球上的热量和灰尘问题的稳定性。在这项工作中，我们提出了在设计新的回射器的光学效果给定的各种设置的预期的diheral角偏移（DAO），并支持的设计原则与测量的两个制造NGLR。
2020-12-24 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Dynamical tuning between nearly perfect reflection, absorption, and transmission of light via graphene/dielectric structures
实现对电磁波的反射$(R)$、吸收$(A)$和透射$(T)$的明确控制是量子光学中的关键目标。为此，通常利用由具有不同光学特性的元件组成的混合结构，以便实现诸如对于入射光的高$R$或高$A$的特征。一个理想的目标是能够在同一器件内在几乎完美的反射、吸收和透射的所有三种状态之间进行调谐，从而在情况$R\to 1$、$A\to1$和$T\to1$之间动态地交换。我们在这里表明，在每一侧与石墨烯层接合的电介质允许精确地实现这一点：通过仅调整石墨烯的费米能级，可以在THz区域及以下达到所有三个区域。此外，我们表明，在系统中的圆柱形缺陷的列入提供了不同类型的控制的电磁波的散射的石墨烯层的装置。
2016-12-05 physics.optics
Scatter-free perfect reflection in multichannel monolithic high-contrast gratings: direct--indirect Fourier-harmonic interference and dimensionality of the solution set
Kongju National University（公州国立大学）
本研究通过傅里叶谐波分析揭示单片高对比度光栅中直接与间接源贡献的相消干涉实现无散射完美反射的机制，并阐明解集维数由开放通道数决定，适用于TE和TM偏振。
2026-10-06 physics.optics
Designing Si sphere metagratings: From perfect reflection to large-angle diffraction
周期性的Si纳米球阵列的光学性质进行了彻底的理论研究，特别强调电和磁Mie共振之间的协同作用，这发生在高折射率的纳米粒子，并可以导致丰富的各种各样的现象，从完美的反射控制衍射。通过使用层多次散射方法的系统计算，我们适当地扩展，以描述每个单元格具有许多散射体的周期性阵列，结合有限元模拟，我们优化了Si纳米球的表面，有效地将透射光引导到单个一阶衍射光束中，遵循基于物理洞察力的简单设计规则。我们的研究结果提供了令人信服的证据表明，惠更斯的metasurfaces组成的简单的硅纳米球二聚体晶格构成了一个有前途的平台，在可见光的大角度单向偏转的透射光，在波长短于晶格的衍射边缘。
2019-11-18 physics.optics
Local perfect chirality at reflection-zeros away from exceptional points in optical whispering gallery microcavity
研究基于第一性原理模型揭示强扰动光学回音壁微腔中APM反射零点可产生远离EP的局部完美手性，并阐明其与EP的参数关系。
2025-02-09 physics.optics
Perfectly-reflecting guided-mode-resonant photonic lattices possessing Mie modal memory
共振周期性纳米结构在小或大的光谱带宽上提供完美的反射，这取决于材料和设计参数的选择。这种效应几十年来一直为人所知，通过通常称为谐振光栅、超材料和超表面的一维和二维结构在理论和实验上观察到。这种异常现象的物理原因是导模共振介导的横向布洛赫模式激发的倏逝衍射级在亚波长区。近年来，已有数百篇论文宣称Fabry-Perot共振或Mie共振是周期性超颖表面所具有的完美反射的基础。处理一个简单的一维圆柱杆晶格，在这里，我们清楚地和明确地表明，米氏共振不会导致完美的反射。事实上，布洛赫模介导的零阶反射率的光谱位置主要由晶格周期控制，通过其对晶格的均匀化有效介质折射率的直接影响。一般来说，完美反射出现远离米氏共振。然而，当横向漏模场分布接近孤立粒子Mie场分布时，谐振轨迹倾向于Mie谐振波长。晶格场记住孤立粒子场的事实在这里被称为米氏模态记忆。擦除的米氏存储器的折射率匹配的子层，我们表明，完美的反射生存的谐振轨迹接近均匀的有效介质波导轨迹。本文的结果将有助于阐明一般共振光子晶格的物理基础。
2020-12-16 physics.optics
Topological phase singularities in light reflection from non-Hermitian uniaxial media
该研究理论分析吸收性单轴电介质中 p 偏振光完美透射伴随的反射相位奇点，推导解析判据并揭示其拓扑荷及参数动力学。
2023-12-06 physics.optics
Randomness in highly reflective silver nanoparticles and their localized optical fields
近红外线的反射对于在节能应用中防止热传递是重要的。展示了一种大面积、可批量生产的反射器，该反射器包含随机分布的盘形银纳米颗粒，并且在近红外波长处表现出高反射。虽然入射光和反射器的纳米结构之间的共振耦合起一定作用，但更重要的是纳米颗粒的几何随机性，其充当纳米结构附近的光学近场的粒子依赖性定位和分级分布的起源。在这里，我们显示并澄清了独特的光学近场过程与实验制造的银纳米结构中看到的随机性，通过采用严格的光学近场理论的基础上的角谱和详细的电磁计算。
2014-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theory of light reflection and transmission by a plasmonic nanocomposite slab: Emergence of broadband perfect absorption
提出了一种含有随机分布的金属纳米颗粒的光学薄膜的光反射和透射理论。底层模型考虑到从板边界的NP散射的光的光的反射，在密集的NP阵列和光散射在板表面的局部表面等离子体的增强衰减-的因素超出了麦克斯韦-加内特近似的范围。结果表明，前两个效应导致在这种纳米复合材料中观察到的宽带完美吸收，而最后一个是负责其全向特性和偏振不敏感性。这些发现开辟了新的可能性工程宽带完美吸收等离子体纳米复合材料。
2021-01-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Design of Mechanically Compliant Membrane Reflectors for Giant Optical Phase Nonlinearity
Tel Aviv University（特拉维夫大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文设计机械柔性膜反射器，利用辐射压力实现巨光学相位非线性，预测相位响应度达263 rad/W，并引入强度-范围-孔径度量，为未来机械-光学相位元件提供设计优先级。
2026-10-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Ultrafast and widely tuneable vertical-external-cavity surface-emitting laser, mode-locked by a graphene-integrated distributed Bragg reflector
我们报告了一种通用的和具有成本效益的方式来控制基于石墨烯的可饱和吸收体（GSA）的不饱和损耗、调制深度和饱和通量，通过改变SLG和高反射镜之间的间隔物的厚度。这允许我们调制的电场强度增强在GSA从0到400%，由于入射光和反射光在镜子的干涉。SLG反射镜组件的不饱和损耗可以减小到$\sim$ 0。我们用它来锁模从935到981 nm的VECSEL。这种方法可以应用于将SLG集成到各种光学元件中，例如输出耦合镜、色散镜、增益材料上的介质涂层。相反，它也可以用于增加各种基于石墨烯的光子学和光电子器件（如光电探测器）的吸收（高达10%）。
2013-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Perfect anomalous reflection using compound metallic metagratings
超渐变是波前操纵的新概念，与相位梯度超表面不同，超渐变不会遭受低效率，并且还具有较不复杂的制造工艺。本文提出了一种用于反常反射的复合金属光栅（每个周期内有多个狭缝的周期性结构）。用解析方法分析了这种光栅的电磁响应，给出了高阶衍射反射系数的解析表达式。所提出的方法进行了验证，全波模拟和结果是非常一致的。利用复合金属光栅的几何非对称性，设计了垂直入射时的反常反射。在给出反射系数解析表达式的基础上，通过将入射光功率全部转移到（-1）衍射级，设计了一种理想的反常反射镜。本研究中设计的结构具有99.9%的前所未有的接近单一的效率。最后，提出了一种多元复合金属光栅，用于反射30 °以下的垂直入射，这是一个具有挑战性的成就。复合金属光栅的这种优异性能显示了其在微波和太赫兹波前操纵应用中的巨大潜力。
2019-12-19 physics.app-ph physics.optics
Multimodal Anti-Reflective Coatings for Perfecting Anomalous Reflection from Arbitrary Periodic Structures
超颖表面具有巨大的波操纵能力，包括平面波向非标准方向的反射和折射。这需要在超颖表面的每个周期中精心设计的亚波长超原子，其保证与期望的Floquet-Bloch模式的单一耦合，或者等效地，抑制与其他模式的耦合。在这里，我们提出了一种完全不同的方案来实现这种抑制，减轻了设计和实现这种密集的精心设计的可极化粒子的需要。扩展的抗反射涂层的概念，使多个模式的同时操作，我们从理论和实验上表明，一个简单的覆盖层组成的只有几个均匀的电介质层可以模块化地应用到\textit{aribtrary}周期性结构，以产生完美的异常反射。这种多模态抗反射涂层（MARC）是基于分析模型设计的，它在概念上和实践上都为从电磁学、声学到地震学等广泛的物理分支的波控制提供了一种更简单的范例。
2022-01-13 physics.app-ph physics.optics
Macroscopic Modeling of Anomalously Reflecting Metasurfaces: Angular Response and Far-Field Scattering
鉴于对未来移动通信系统的设计和优化的极具挑战性的要求，研究人员正在考虑通过使用集成到墙壁，天花板或立面中的可重新配置和智能元表面来创建智能无线电环境的可能性。在这种新颖的通信模式中，可调超表面将入射波重定向到所需的方向。为了在任何现实场景中设计和表征这样的智能无线电环境，有必要知道这些元表面在从其他方向照射时的行为以及如何估计来自有限大小的异常反射体的散射。研究了任意入射角下反常反射体的角响应。使用表面阻抗模型，我们解释了相位梯度超颖表面的反射系数的依赖于照明角度和典型结构的数值例子。我们还考虑从有限大小的元表面散射，并定义了一个路线，包括到传播通道的射线跟踪模型的全角度响应的异常反射。所建立的模型适用于其他有限尺寸的衍射光栅。
2021-03-09 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Coherent Perfect Absorption: Zero Reflection Without Linewidth Suppression
本研究通过理论与实验重新评估相干完美吸收对腔线宽的影响，发现CPA仅将共振反射降至零而不改变谱宽，表观窄化与模分裂均为视觉假象，为数据呈现提供指导。
2025-10-25 physics.optics quant-ph
Complete multipolar description of reflection and transmission across a metasurface for perfect absorption of light
将单个粒子的电磁散射和吸收特性与由这些粒子组成的二维材料的反射和透射系数相关联是一个至关重要的概念，它推动了基础物理学和应用物理的发展。它是材料特性表征以及波的相位和振幅工程的核心。在这里，我们提出了一个多极描述的反射和透射系数在一个单层的粒子使用矢量球谐分解。这使我们能够提供一个广义的条件时，发生的理想吸收时，达到所谓的\textit{generalized Kerker condition}和当叠加的奇数和偶数多极子达到一个临界值。利用这些条件，我们能够提出两种完全不同的二维材料设计，在垂直入射下完全吸收平面电磁波。一个是在中红外频率下工作的二氧化硅微球的无限阵列，而另一个是在可见光频率下工作的锗纳米簇的无限阵列。这两个体系都在一个深度多极化的体系中运作。我们的发现对于设计材料主要限于单个谐振器的偶极行为的超材料和超表面社区以及将单个粒子合成与材料组装分开的自组装和纳米化学社区都很重要。
2019-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Effects of surface roughness and top layer thickness on the performance of Fabry-Perot cavities and responsive open resonators based on distributed Bragg reflectors
本文系统分析了表面粗糙度和顶层厚度变化对基于分布式布拉格反射器的法布里-珀罗腔及开放谐振器性能的影响，揭示纳米级粗糙度会显著降低品质因子并限制其最大可达到值，并通过纳米声学传感器案例强调了在材料生长和器件制造中控制粗糙度的关键意义。
2023-09-24 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
