Controlling light with nonlinear quasicrystal metasurfaces
超表面是一种二维结构化介质，是在亚波长尺度上操纵光传播的一种新平台。在线性光学领域，平面超透镜、超曲面光学全息等研究受到了广泛的关注。近年来，超颖表面进入了非线性光学领域。虽然人们认识到元原子的局部对称性起着至关重要的作用，但它与非线性元表面的全局对称性的关系仍然难以捉摸。根据Penrose镶嵌和新近提出的六方准晶镶嵌，设计并制备了基于局域旋转对称的几何相位控制等离子体原子的非线性光学准晶超颖表面。二次谐波将由准晶体超表面的镶嵌方案和它们所组成的超原子的局域对称性决定。所提出的概念为设计具有所需光学功能的非线性超表面晶体开辟了新的途径。
2019-01-29 physics.optics
Possibilities to generation of optical non-diffracting beams by holographic metasurfaces using surface impedance
在这项工作中，我们提出了计算模拟的全息超颖表面产生的光学无衍射光束。利用全息技术设计了超颖表面，并计算生成了无衍射光的计算全息图。这些全息超颖表面（HMS）是通过在具有亚波长尺寸的电介质基板上对金属贴片的周期性晶格进行建模而获得的，其中这些单元格中的每一个都改变入射波的相位。我们使用表面阻抗（Z）来控制通过每个单元中的超颖表面的电磁波的相位。亚波长尺寸保证了有效介质理论的实现。结果与无衍射光束理论的预测一致。这些结果在光镊、光通信、光学计量、3D成像以及光学和光子学中的其他应用中具有重要意义
2020-10-20 physics.optics
Low Contrast Dielectric Metasurface Optics
当前图像传感器的小型化在很大程度上受到光学元件体积的限制。使用亚波长图案化的准周期性结构，也称为超表面，可以基于衍射原理构建平面光学元件。然而，据信超颖表面光学器件需要高折射率材料。在这里，我们表明，可以采用超颖表面的设计原则，即使是低对比度的材料，如氮化硅。我们验证了我们的理论，制造和实验特性的氮化硅为基础的透镜和涡旋光束发生器。所制备的透镜实现了小于1 μm的束斑，数值孔径高达~ 0.75。在可见光区观察到90%的透射效率和40%的聚焦效率。我们的研究结果为使用低对比度材料在可见光频率下构建低损耗超颖表面光学元件铺平了道路。
2015-11-09 physics.optics
High efficiency dielectric metasurfaces at visible wavelengths
超表面是平面光学元件，有望克服折射和传统衍射光学的局限性1 -3。由于可见光波长处显著的光吸收和损耗，因此迄今4 -10证明的介电超颖表面限于红外波长处的透明窗口。至关重要的是，开发用于可见波长的电介质超颖表面的新材料和制造技术，以实现诸如三维显示器、可穿戴光学器件和平面光学系统等应用11。在这里，我们展示了高性能二氧化钛介电超颖表面，其形式为红色，绿色和蓝色波长的全息图，具有创纪录的绝对效率（>78%）。我们使用原子层沉积的非晶二氧化钛，具有0.738 nm的低表面粗糙度和理想的光学性能。为了制造超颖表面，我们使用类似剥离的工艺，使我们能够生产具有形状双折射的高度各向异性的纳米鳍。该工艺适用于任何光学元件，并且可以使用广泛的材料来实现。
2016-03-08 physics.optics
Spin-Orbit Interaction of Light Enabled by Negative Coupling in High Quality Factor Optical Metasurfaces
研究了光子超颖表面局域共振中的负耦合。在我们的分析中，我们发现赝自旋轨道耦合体模导致线的圆偏振辐射本征态在二维动量空间中，被认为是只存在于三维。我们的理论模型是通过一个引导共振介电超颖表面，具有II型非厄米恶魔点，从那里发出的圆极化线。所设计的超颖表面在第0和第1衍射级都携带圆偏振辐射本征态，允许自旋选择性光偏转。所设计的超颖表面的高品质因数性质和场增强可以导致自旋选择性传感、光束控制和非线性光学的应用。我们的研究结果打开了一个网关的近场耦合辅助超表面的设计。
2022-02-24 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
All-optical switching of a dye-doped liquid crystal plasmonic metasurface
研制了一种由等离子体激元开口环谐振器和染料掺杂液晶组成的可开关超表面。通过用可见光谱范围内的光照射染料掺杂的液晶，可以改变超表面在红外光谱范围内的透射率。该效果在液晶的混合配向的情况下特别有效，即。e.在一个衬底上垂直于表面的指向矢的对准和在相对衬底上的平行对准。这种全光开关效应可以归因于先前工作中描述的巨大光学非线性或表面诱导非线性光学效应。
2020-04-09 physics.optics
A review of dielectric optical metasurfaces for wavefront control
在过去的几年中，超颖表面已被用来展示光学元件和系统的能力，超过传统的衍射光学。在这里，我们回顾了这些最新的发展，重点是介电结构的整形光学波前。我们讨论了实现高效率的陡峭的相位梯度，同时偏振和相位控制，控制色散，控制角响应的机制。然后，我们回顾了在成像，共形光学，可调器件和光学系统中的应用。最后，我们展望了未来的潜力和需要克服的挑战。
2018-04-25 physics.optics
High-efficiency optical frequency mixing in an all-dielectric metasurface enabled by multiple bound states in the continuum
我们提出了硅纳米盘二聚体超颖表面中的非线性光学四波混频。在斜入射的平面波作用下，所设计的超颖表面呈现出多共振的特征，同时激发出三个准束缚态。通过采用这些准BIC与最大的电场能量在输入凸块波长，三阶非线性过程，包括三次谐波产生，简并和非简并四波混频的显着增强被证明，在可见光波长产生十个新的频率。这项工作可能会导致一个新的前沿的超紧凑型光混频器的应用在光学电路，超灵敏传感和量子纳米光子学。
2023-02-25 physics.optics
Nonlinear Phase Control and Anomalous Phase Matching in Plasmonic Metasurfaces
超表面，特别是包含基于等离子体的金属元素的超表面，构成了一组特别有吸引力的材料。借助于现代纳米光刻制造技术，可以构造平坦的、半透明的光学元件。然而，尽管它们具有很强的光学非线性，等离子体超颖表面到目前为止主要是在线性范围内进行研究。在这里，我们介绍了全非线性相位控制超颖表面等离子体元素。我们发现，在一个相位梯度非线性超颖表面的非线性相互作用的一个新的异常非线性相位匹配条件普遍存在，这是线性超颖表面的广义Snell定律证明的非线性模拟。该相位匹配条件与其它已知的相位匹配方案非常不同。光学非线性的亚波长相位控制为基于超颖表面的平面非线性光学元件的设计提供了基础。我们展示的平面非线性元件（即透镜）作为频率转换信号的发生器和操纵器。
2015-05-21 physics.optics
Transformation optics based on metasurfaces
最近，已经提出了新的人工材料来控制电磁波-超表面，一种二维超材料。与三维大块超材料相比，这种具有亚波长厚度的人造平面材料大大减少了制造时间并降低了制造复杂度。此外，传统的超材料通常通过在远大于波长的距离处传播来累积相位来控制电磁波的波前。然而，超表面可以仅通过亚波长传播距离有效地操纵入射电磁波的波前。因此，这可以极大地减轻传播损耗。鉴于超颖表面在近场区域对电磁波具有高操纵效率的事实，我们小组研究了使用超颖表面模拟重力的实验工作。
2019-07-11 physics.optics
From parabolic-trough to metasurface-concentrator
超颖表面是平面光学应用的新设计的有前途的工具。因此，它们的质量和制造缺陷的公差需要用特定的工具进行评估。然而，大多数这样的工具依赖于几何光学近似，并且不能直接应用于超表面。在这封信中，我们介绍和评估，超颖表面，参数，如截距因子和斜率误差通常定义的太阳能聚光器在射线光学领域。在提出物理光学中的定义后，提出了计算它们的方法。作为例子，我们设计了三个不同的集中器的基础上，三个特定的单位细胞，并评估他们的数字。该概念允许比较超颖表面的效率、它们对制造缺陷的敏感性，并且对于实际系统将是至关重要的。
2017-01-11 physics.optics
Dielectric Metasurfaces for Complete and Independent Control of Optical Amplitude and Phase
超表面是光学上薄的超材料，其承诺完全控制光的波前，但主要用于仅控制光的相位。在这里，我们提出了一种方法，简单的概念和实践中，使用具有不同程度的形式双折射和旋转角度的元原子，以创建高效率的电介质超颖表面，控制在一个或两个频率的光学振幅和相位。这开辟了计算机生成全息术的应用，允许忠实地再现目标全息场景的相位和振幅，而无需仅相位全息术中所需的迭代算法。我们展示了全电介质超颖表面全息图的振幅和相位的独立和完整的控制，同时在两个光学频率，以产生二维和三维全息对象。我们发现，相位振幅超表面使一些功能无法实现的相位全息，这些包括创建无伪影的二维全息图像，编码相位和振幅分布分别在物平面，编码强度分布在超表面和物平面分别，并控制三维全息对象的表面纹理。
2019-09-05 physics.optics
All-optical scattering control in an all-dielectric quasi-perfect absorbing Huygens metasurface
本文在硅基准完美吸收惠更斯超表面上，通过光热效应实现了对前向和后向散射的全光动态控制，后向散射截面加倍而前向减半，为硅光子器件提供了新方案。
2022-10-03 physics.optics
Nonlinear and Ultrafast All-Dielectric Metasurfaces at the Center for Integrated Nanotechnologies
超表面通过在表面上布置的纳米级谐振器阵列来控制光学波前。当与具有强光学非线性的III-V族半导体结合时，可以在纳米尺度上实现和增强各种非线性效应，例如谐波产生和全光调制。这篇综述介绍了我们在集成纳米技术中心（CINT）制造的超快和非线性半导体超颖表面中的工程和增强非线性效应的研究。我们涵盖了我们最近的工作，通过直接和级联过程中的GaAs超颖表面使用米氏光学共振或连续介质保护的束缚态的参数产生谐波光，然后描述了最近的进展，谐波产生耦合到III-V族半导体异质结的子带间跃迁的全介质超颖表面。该评论的结论是超颖表面作为芯片上量子光产生的下一个平台的潜力。
2022-05-26 physics.optics
Metasurface Freeform Nanophotonics
自由形式光学旨在通过允许旋转对称之外的更复杂的相位几何形状来扩展光学元件的工具包。采用复杂的非对称曲率来增强光学部件的性能，同时使它们的重量和尺寸最小化。不幸的是，这些不对称形式通常难以用当前技术在纳米级制造。超表面是平面亚波长结构，其可以控制入射光的相位、振幅和偏振，并且由此可以在平坦的波长级厚表面上模拟复杂的几何曲率。我们提出了一种方法，用于设计类似的自由形式的光学系统，使用低对比度的电介质超颖表面平台在可见光波长下工作。我们展示了具有点扩散函数的立方相位板，其沿光轴的景深超过300 μm，具有执行基于超颖表面的白光成像的潜力，以及具有超过2.5 mm的可调焦距范围和100 μm的总机械位移的阿尔瓦雷斯透镜。自由形式光学器件对亚波长超颖表面平台的适应允许光学部件的最终小型化，并提供了一种可扩展的路线，以实现纳米光子学中的近任意几何曲率。
2016-10-04 physics.optics
Even-order optical harmonics generated from centrosymmetric-material metasurfaces
本文通过设计支持连续域中准束缚态和导模共振的硅介电超表面，在中心对称材料中实现了偶数阶光学谐波的高效产生，二次谐波信号增强超三个数量级，四阶谐波变得可检测。
2024-06-26 physics.optics
High-efficiency light-wave control with all-dielectric optical Huygens' metasurfaces
光学超颖表面已经发展成为由亚波长共振纳米结构实现的先进波前工程的突破性概念。然而，反射和/或吸收损耗以及低偏振转换效率对实现实际应用所需的高传输效率构成了根本障碍。在这里，我们展示了，第一次我们的知识，高效的全介质超表面的近红外频率使用硅纳米盘阵列作为元原子。我们采用惠更斯源的主要特点，即光谱重叠的电和磁偶极子共振的强度相等，以证明惠更斯的超颖表面与一个完整的传输相位覆盖的360度和近统一的传输，我们确认实验全相位覆盖与高效率的传输相结合。基于这些关键特性，我们表明，全电介质惠更斯超颖表面可能成为一个新的范例，平面光学器件，包括光束转向，光束整形，聚焦，以及全息和色散控制。
2014-05-20 physics.optics
Inverse-Designed Metasurfaces for Compact Optical Skyrmion Generation with High Topological Fidelity
Hanyang University（汉阳大学）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）
本文提出一种反设计超材料，用于生成高拓扑保真度的紧凑型光学反旋子，通过拓扑优化方法设计硅超材料，实现无需额外光学元件的反旋子生成。
2026-03-25 physics.optics
Spectro-Polarimetric Holographic Multiplexing Metasurface with Super-High Capacity Empowered by Mechanical Rotation
针对机械可重构超表面的光学信息复用需求，提出可微逆设计框架，通过深度神经网络端到端优化可旋转超表面，实现288通道全彩动态全息显示，为相关光学应用提供新范式。
2025-11-16 physics.optics
Guided mode meta-optics: Metasurface-dressed nanophotonic waveguides for arbitrary designer mode couplers and on-chip OAM emitters with configurable topological charge
超颖表面在自由空间裁剪复杂光场方面取得了丰硕的成果。然而，应用元光学的概念来完全控制波导模式的系统研究仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出了一个全面的目录，能够选择性地和排他性地激发几乎任意的高阶波导模式的利益，利用硅超颖表面图案化的氮化硅波导。通过同时设计超颖表面的相位匹配梯度和纳米天线近场与目标波导模式之间的矢量空间模式重叠以用于激励，成功地发射了单个或多个高阶模式，具有高达98%的高纯度和宽带宽。此外，理论上还证明了片上扭曲光发生器具有从-3到+2的可配置OAM拓扑电荷\ell，作为超表面使能导模光学的综合框架，并激励进一步的应用，如多功能集成耦合器，解复用器和基于模分复用的通信系统。
2021-11-03 physics.optics
Composite Functional Metasurfaces for Multispectral Achromatic Optics
纳米结构超颖表面提供了独特的能力，用于局部控制透射和反射光波的相位和振幅。基于这种潜力，近年来已经提出了大量的超颖表面作为标准光学元件的替代品。然而，在大多数情况下，这些元件遭受大的色差，从而限制了它们用于多波长或宽带应用的有用性。在这里，为了减轻和校正单个衍射元件的色差，我们引入了独立超颖表面的密集垂直堆叠，其中每个层包括不同的材料，并且针对可见光谱内的不同波段进行了优化设计。使用这种方法，我们展示了第一个三重RGB消色差超透镜在可见光范围内，并执行彩色成像与此镜头。我们进一步证明了功能光束整形通过构建一个自对准的集成元件受激发射耗尽（STED）显微镜和透镜，提供异常色散聚焦。这些演示为实现超消色差光学元件和多功能操作铺平了道路，所有这些都在一个纳米结构的光学元件中。
2016-09-27 physics.optics
Thermal tuning capabilities of semiconductor metasurface resonators
超颖表面利用在亚波长尺寸下设计光学相位、振幅和偏振的能力，提供对光的前所未有的控制。超颖表面的全电介质方法的实现已经导致了具有低损耗的广泛的平坦光学元件和功能的展示。然而，为了发挥其最终潜力，元表面必须超越静态操作，并结合主动可调性和可重构功能。中心的挑战是实现大的可调谐性，在亚波长谐振器元件，需要大的光学效应响应于外部刺激。在这里，我们研究了高折射率硅和锗半导体谐振器在很大的温度范围内的热调谐性。我们证明了由于正常的正热光效应（dn/dT >0）在很宽的红外范围内的米氏共振的热调谐。我们发现，在较高的温度和长波长的热光系数的符号是相反的（dn/dT<0），最终在一个负的诱导指数，由于自由载流子的热激发。我们还演示了在ΔT<100 K的温度范围内，通过几种线宽对高阶Mie共振的调谐。最后，我们利用硅超颖表面在近红外波段较大的热光系数来实现光开关和可调谐超滤波器。
2019-01-16 physics.optics
Ultrathin wave plates based on bi-resonant silicon Huygens' metasurfaces
支持电和磁共振的全介电惠更斯超颖表面是用于需要极高透射率和透射光相位的宽范围控制的组合的各种光学应用的有前途的平台。高效波片是这种应用的一个示例。结合高光谱选择性和强光能集中，这种相位板对于精确感测和高效率非线性光学是理想的。我们提出了一种新的方法来实现这样的超薄光学板：各向异性Fano谐振光学超颖表面（AFROM）采用光谱尖锐的电和相对宽带的磁共振的组合。通过合理选择复晶胞的几何参数，可以获得接近2π的相移覆盖范围。基于漏磁/电共振的本征值模拟的新方法使这种超颖表面的快速计算设计成为可能。
2017-12-28 physics.optics
All-Passive Nonreciprocal Metasurface
我们介绍了一个系统的方法来设计所有被动的亚波长高性能超颖表面，表现出非互易性，并实现波流隔离。此外，我们建立在这些研究结果，并提出了一个新的准二维超颖表面，模仿法拉第旋转的非互易性，而不使用任何磁或电偏置的范例。我们设想，所提出的方法可以作为一个积木的所有被动的时间反演对称性破缺与未来的非互易系统和设备的潜在应用。
2014-07-07 physics.optics
Hyperpolarizability of plasmonic meta-atoms in metasurfaces
本文提出等效RLC电路模型估算等离子体元原子的一阶超极化率，经实验与计算验证，为非线性超表面设计提供简便工具。
2020-07-10 physics.optics
Extreme nonreciprocity in metasurfaces based on bound states in the continuum
本研究利用支持连续谱中束缚态的磁性铁氧体超表面，在法拉第构型下实现极端非互易性和近统一磁圆二色性，将磁光效应增强3-4个数量级，并通过多模时间耦合模式理论与全波模拟验证。
2023-06-19 physics.optics
Temporal Signal Processing with Nonlocal Optical Metasurfaces
本文利用具有时间非局域性的超表面实现深度亚波长尺度的时域信号处理，展示了高保真、高效率的一阶微分，并支持扩展与级联计算，为全光计算器件开辟新途径。
2024-03-14 physics.optics
Experimental demonstration of a beam shaping non-imaging metasurface
针对LED需二次光学器件导致照明产品体积大的问题，提出用非成像超表面整形非相干光源的方法，构建理论框架与数值工具并制作原理验证样品，连接非成像光学与超光学领域。
2025-02-13 physics.optics
Fundamental limitations of Huygens metasurfaces for optical beam shaping
由阵列纳米结构组成的光学介电超颖表面有望实现对入射波前的任意空间控制，具有亚波长空间分辨率。对于相位调制，通常采用两种物理效应来实现2π相位偏移。第一种效应依赖于高纳米级柱的引导，第二种效应利用具有两个简并米氏共振的纳米共振器的共振限制。第一种方法需要高的纵横比，而第二种方法，称为惠更斯超颖表面，要平坦得多，因此更容易制造。我们比较了这两种方法，更侧重于概念，而不是技术问题，并确定与后者的基本限制。我们解释了起源的限制的基础上一般的参数，如互易性，多模/单模操作和对称性破缺。
2021-04-03 physics.optics
Metasurfaces in Adaptive Optics: A New Opportunity in Optical Wavefront Sensing
本文综述了超表面技术如何通过亚波长微结构实现对光场相位、振幅和偏振的多维控制，从而为自适应光学中的波前传感带来变革性新机遇，并展望其在下一代高精度波前传感中的理论框架与应用前景。
2025-05-05 physics.optics
Multiwavelength Achromatic Metasurfaces by Dispersive Phase Compensation
用衍射平面元件代替体折射光学元件使得光学系统小型化成为可能。然而，由于光在传播期间累积的相位的色散，衍射光学器件遭受大的色差。我们表明，这种限制可以克服工程波长相关的相移所赋予的超颖表面，并展示了一种设计，偏转三个波长没有色散。本文还介绍了一种在三个波长处无色差的平面透镜。我们的设计是基于低损耗介质谐振器，它引入了一个密集的光谱的光学模式，使色散相位补偿。基于超颖表面的平面光子学中的色差抑制将在用于显示器的轻量准直器和色度校正成像系统中找到应用。
2015-05-20 physics.optics
Electro-Optic Active Metasurfaces for High-Speed Photonic Applications
Zhejiang University（浙江大学）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Eastern Institute of Technology（宁波东方理工大学）；Zhejiang Normal University（浙江师范大学）
本文综述了电光活性超表面领域的最新进展，对比了主流电光材料性能，总结了调制机制与谐振结构带来的调制效率提升，讨论了现存挑战并展望了未来方向，为其在高速光子应用中的实际使用提供了参考。
2026-08-04 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
Multifunctional Resonant Wavefront-Shaping Meta-Optics Based on Multilayer and Multi-Perturbation Nonlocal Metasurfaces
光子器件很少对入射波前提供精细的空间控制和清晰的光谱控制。例如，在光学超颖表面中，单个超颖单元的局域模式在宽带宽上控制波前形状，而在许多单位单元上延伸的非局域晶格模式支持高质量因子共振。在这里，我们通过实验证明了在近红外中的非局部介电超颖表面，它提供了光的空间和光谱控制，实现了超透镜只在窄带共振上聚焦光，而不影响非共振频率。我们的设备实现这一功能，通过支持一个准束缚态在连续编码的空间变化的几何相位。我们利用这种能力，实验实现多光谱波前整形的多功能平台，其中一堆元表面，每个支持多个独立控制的准束缚态的连续，模具的光学波前在多个波长不同，但仍然保持透明的其余部分的光谱。这样的平台可扩展到增强现实和透明显示器中的应用的可见部分。
2022-01-25 physics.optics
Non-imaging metasurface design for collimated beam shaping
本文提出一种基于最优输运的非成像超表面相位设计方法，实现准直光束到任意目标强度分布的高效整形，并通过全波仿真验证了该框架的可行性。
2023-08-30 physics.optics
Silicon metasurfaces for third harmonic geometric phase manipulation and multiplexed holography
非线性波前控制是利用超颖表面实现非线性光学应用的关键要求。非线性频率转换和波前控制的许多方面已经被证明用于等离子体超颖表面。然而，一些缺点限制了它们在非线性纳米光子学中的应用，包括高耗散损耗和低光学损伤阈值。相比之下，已经表明，由高折射率金属构成的超表面可以提供强的非线性响应。尽管最近在使用全介电纳米结构和超颖表面的非线性光学过程中取得了进展，但在直接利用生成过程实现完全波前控制方面取得的进展要少得多。在这里，我们展示了非线性波前控制的三次谐波产生与硅超颖表面。我们使用Pancharatnam-Berry相位方法对纳米结构硅超颖表面上的相位梯度和全息图像进行编码。实验证明了偏振相关的波前控制和编码全息图在三次谐波波长下的高保真再现。此外，我们表明，全息复用是可能的，通过利用三次谐波产生的偏振态。我们的方法简化了设计和制造过程，并铺平了道路，以一个易于使用的工具箱，非线性光学波前控制与全介质超颖表面。
2020-04-08 physics.optics
Discriminating Between Coherent and Incoherent Light with Metasurfaces
超颖表面代表了光学工程的一个强大范例，使人们能够控制光在材料界面上的流动。我们报告的发现，某种类型的金属超颖表面的空间相干和非相干光的反应不同，使强大的无散斑歧视不同程度的相干。这种效应在传统光学中没有直接的类似物，并且可以在增强成像、视觉、检测、通信和计量的紧凑元器件中找到应用。
2018-08-14 physics.optics
Dynamic coherent perfect absorption in nonlinear metasurfaces
提出了一种基于非线性超颖表面的可调谐相干理想吸收体。非线性超颖表面由等离子体纳米天线耦合到具有大光学非线性的ε近零材料制成。通过控制输入光束的相对相位，实现了相干完全吸收。我们发现，非线性超颖表面的光学响应可以通过改变泵浦光的强度从完全吸收调谐到部分吸收。所提出的非线性超颖表面可用于设计光学可调谐热发射器、调制器和传感器。
2020-07-07 physics.optics
Multiplexed Metasurfaces for Diffractive Optics via Phase Correlation Method
本文提出利用多层感知机建立多通道相位关联的超表面复用设计方法，将多通道训练转化为单通道优化，并成功应用于双波长衍射神经网络和多波长彩色全息，分类准确率达90%。
2024-12-18 physics.optics
Nonlinear optical metasurfaces empowered by bound-states in the continuum
本文综述 BICs 赋能的非线性光学超表面，梳理其频率转换物理机制、典型应用及新兴方向与挑战。
2025-03-14 physics.optics
Magneto-optical intensity effect in a transparent perforated all-dielectric metasurface with an anapole state
Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University) (MIPT)（莫斯科物理技术国立大学）；Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）；Russian Quantum Center (RQC) (International Center for Quantum Optics and Quantum Technologies)（俄罗斯量子中心）；Department of Condensed Matter Physics and Materials Science, Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所凝聚态物理与材料科学系）；National Physical Laboratory（国家物理实验室）
研究基于GaMnAs的穿孔全介质超表面，利用Anapole态实现高透射率与磁光强度效应，透射调制较光滑薄膜增强5倍，为磁光器件提供新方案。
2026-09-01 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
Real time phase imaging with an asymmetric transfer function metasurface
将光波场中的相位变化转换为强度信息对于包括生物细胞显微术在内的光学成像技术具有根本重要性。虽然相位成像的传统方法通常依赖于庞大的光学组件或计算后处理，但元光学器件最近已经展示了全光学、超紧凑的图像处理方法。在这里，我们描述了一种利用光子自旋轨道耦合来创建用于实时相位成像的非对称光学传递函数的超颖表面。实验证明了通过该设备的传输的不对称性的效果与生成的高对比度的伪3D强度图像的相位变化在光波场，而不需要后处理。这种非干涉方法在生物活细胞成像和实时波前传感方面具有潜在的应用。
2021-11-09 physics.optics
High-index dielectric metasurfaces performing mathematical operations
图像处理和边缘检测是几种新兴技术的核心，例如增强现实，自动驾驶和更普遍的对象识别。图像处理通常使用集成电子电路和算法以数字方式执行，这意味着基本的尺寸和速度限制以及显著的功率需求。另一方面，它也可以使用傅立叶光学器件以低功率模拟方式执行，但需要庞大的光学组件。在这里，我们介绍了介电超颖表面，在模拟域中使用的亚波长的几何形状，可以很容易地与检测器集成的光学图像边缘检测。超表面由设计用于执行1阶或2阶空间微分的适当工程化的纳米梁阵列组成。我们通过实验证明了输入图像上的二阶导数操作，显示了使用在高达0.35的数值孔径下工作的硅超颖表面几何结构的全光学边缘检测的潜力。
2019-03-20 physics.optics
Optical Mode Control by Geometric Phase in Quasicrystal Metasurface
本文报道了在准晶超颖表面上观测到的由各向异性亚波长结构引起的非周期性几何相位引起的光学自旋控制模。当在非周期性结构表面中引入几何相位缺陷时，模式表现出偏振螺旋度依赖性，导致光学自旋霍尔效应。研究了准晶结构的辐射热色散带，其中观察到的带来自各向异性天线的非周期性空变取向引起的光学自旋轨道相互作用。通过测量自旋投影衍射图样，在可见光谱范围内实验观察到了几何相位拾取所产生的揭示模式的光学自旋翻转行为。引入的能力，以操纵准晶体的光-物质相互作用的自旋依赖的方式提供了通过自旋光学非周期性人工平面表面的光成型的路线。
2015-07-24 physics.optics
Optical Kerr nonlinearity of dielectric nanohole array metasurface in proximity to anapole state
超颖表面由于其突出的光学特性引起了研究者的极大关注。特别地，超颖表面可以由具有强场限制和基本上抑制的散射的光学阿那极点共振的结构组成。因此，这种纳米结构显示出增强的非线性光学性质。本文通过三维时域有限差分法模拟，研究了具有圆形纳米孔的高折射率介质超颖表面中的阿纳极模的能力。在阿那普尔态附近，有效的光学克尔非线性增加了几个数量级。同时，超颖表面的光透射率可以达到高达1的高值。
2022-05-27 physics.app-ph physics.optics
A Reusable Metasurface Template
超颖表面已经彻底改变了光学元件的设计理念，促进了激光光学领域的发展。由于超颖表面的平坦性和超薄性，超颖表面相对于传统光学元件具有独特的优势，如重量轻、兼容性好等。为了满足潜在的应用需求，需要进一步的研究努力来提高元表面的可重用性和实用性。在这项工作中，我们展示了一种可重复使用的模板方法来实现光学多功能的超表面，利用几何和传播阶段来塑造光波。原则上，这种超颖表面模板可以无限次使用，以实现各种各样的光学功能。作为概念验证实验，我们演示了超透镜，全息，和涡旋光束整形。我们的工作将利用元表面设备的高可扩展性方面的实际应用。
2021-04-30 physics.app-ph physics.optics
Computational inverse design for cascaded systems of metasurface optics
超表面是一种新兴技术，可能会取代成像设备、显示器和精密科学仪器中的许多传统光学器件。在这里，我们开发了一种方法，用于设计由多个独特的超颖表面按顺序排列的光学系统。我们的方法是基于计算逆设计，也被称为伴随梯度法。该技术能够并行优化数千或数百万个独立的设计变量，用户只需很少或根本不需要干预。为了证明我们的方法的广泛适用性，我们用它来设计一个消色差的双重元表面透镜，光谱复用全息元件，和一个超紧凑的光学神经网络分类手写数字。
2019-06-25 physics.app-ph physics.optics
Electro-Optical Switching in a Nonlinear Metasurface
本文展示了一种结合电学和光学切换的高可调谐非线性超表面器件，通过电可调混合石墨烯-金等离激元将中红外脉冲转换为可见光，实现了比纯石墨烯强3.5倍的电学调制和太赫兹速率的全光切换，为超快信号处理等新应用开辟了道路。
2024-07-23 physics.app-ph physics.optics
Electrically Reconfigurable Nonvolatile Metasurface Using Low-Loss Optical Phase Change Material
有源超颖表面承诺可重构光学器件，与传统的大块对应物相比，具有大幅提高的紧凑性、坚固性、可制造性和功能性。光学相变材料（O-PCM）以其大的折射率对比度和非易失性开关特性为有源超颖表面器件提供了一种有吸引力的材料解决方案。在这里，我们报告我们认为是第一个电可重构的非易失性超表面的基础上O-PCM。该器件中使用的O-PCM合金Ge 2Sb 2Se 4 Te 1（GSST）独特地结合了巨大的非易失性折射率调制能力，宽带低光损耗和大的可逆开关体积，从而能够显着增强活性O-PCM介质内的光-物质相互作用。利用这些有利的属性，我们展示了连续可调的有源超颖表面，具有创纪录的半倍频程光谱调谐范围和超过400%的大光学对比度。我们进一步制作了一个偏振不敏感的相位梯度超颖表面，以实现动态光束转向。
2020-09-02 physics.app-ph physics.optics
Optical Kerr nonlinearity of disordered all-dielectric resonant high index metasurfaces with negative refraction
首次估计了负折射材料的光学克尔效应。这是通过三维时域有限差分（FDTD）模拟的无序双分散超颖表面组成的高折射率（GaP）球在532 nm的波长。超颖表面包括随机布置在平面上的球形颗粒，其具有接近磁和电偶极子Mie共振的两个尺寸。超颖表面的有效非线性折射率的实部是在超颖表面具有负折射率的Mie共振附近计算的。在负折射条件下，光学克尔非线性有一个峰值。通过浓度跃迁到负折射态，研究了双分散超颖表面的折射率随强度的变化。结果表明，当有效线性折射率接近零时，单层超颖表面的非线性克尔系数有最大值。
2020-03-18 physics.app-ph physics.optics
Highly efficient, tunable, electro-optic metasurfaces based on quasi-bound states in the continuum
本研究提出基于连续谱中准束缚态的高效反射式电光超表面，实现通信波段95%调制深度，演示电可调相衬成像，为高速时空光调控等应用提供支撑。
2024-12-13 physics.app-ph physics.optics
Metasurface optical characterization using quadriwave lateral shearing interferometry
针对现有超表面表征多依赖光强测量的局限，提出采用四波横向剪切干涉法（QLSI），以高灵敏度和空间分辨率实现各类超表面的完整光学表征，并通过两类超表面的多种器件验证了该技术的通用性。
2020-08-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
