Large Area Electrically Tunable Lenses Based on Metasurfaces and Dielectric Elastomer Actuators
可调谐光学器件，特别是变焦透镜，在包括成像和自适应视觉的各种领域中具有重要的应用。超颖表面的最新进展，使用亚波长间隔的纳米结构控制光的波前，开辟了新的机会，以取代大块光学器件，薄，平，重量轻的设备。我们已经首次展示了一种电可调谐平面透镜，其基于与具有内联透明电极的介电弹性体致动器组合的大面积超颖表面，其能够同时执行焦距调谐（>100%）以及动态校正，包括像散和图像偏移。这为迄今为止仅在电子显微镜中可能的平面光学器件提供了控制通用性。我们所描述的水基转移过程也使材料之间具有广泛的兼容性。超颖表面光学器件和介电弹性体致动器的组合通过可调谐相位、振幅和偏振分布的设计实现了用于创建各种可调谐光学器件的新的多功能平台。
2017-08-07 physics.optics
Realization of Zero-Refractive-Index Lens with Ultralow Spherical Aberration
光学复合材料提供了前所未有的机会，工程师的基本频带色散，使新的光电功能和设备。对动量空间中心的光子狄拉克锥的探索，激发了一种特殊的零折射率特性，类似于费米子狄拉克系统中的零有效质量。这种全介电零折射率光子晶体提供了一种平面内机制，使得传播波的能量可以沿着芯片方向被很好地限制。一个简单的例子是，当零折射率透镜的尺寸足够大时，可以获得无纵向球差的反常聚焦效果。在此，我们设计并制作了一个零折射率透镜的原型，包括大面积的硅纳米柱阵列与平凹轮廓。通过有效介质理论预测的反常聚焦效应，在1.55 μ m附近定量测量了近零折射率。零折射率透镜也被证明执行超低的纵向球面像差。这种集成电路兼容器件为将全硅零折射率材料集成到光通信、光传感和光调制中，以及研究拓扑光子学和谷光子学等新兴领域的基础物理提供了一条新的途径。
2016-10-18 physics.optics
Generalized Eaton Lens at Arbitrary Refraction Angles
我们将伊顿透镜的折射角扩展到任意角度。伊顿透镜的折射率不是解析的，只能通过数值计算获得，除了后向反射器的情况。本文介绍了广义伊顿透镜折射率的一种近似。它是简单的，但非常接近从数值计算获得的精确值。
2011-09-19 physics.optics
Kinoform refraction lens with diffraction calculation
通过准光学方法对相息图折射透镜的直接数值模拟，研究了形状失调的影响。准光学方法是基于抛物型方程的复振幅数值积分，采用分步“分裂”法。计算了不同阶次和不同缺陷情况下2 π位移补偿的效果。比较了相息图透镜与复合折射透镜和薄透镜近似的性能。
2004-06-24 physics.optics
Circumventing size-bandwidth limits in imaging with flat lenses
最近的理论工作提出了平面透镜工作带宽的上限。在这里，我们展示了如何通过一个多级衍射透镜（MDL）的直径= 100毫米，焦距= 200毫米，设备厚度= 2.4μ m和工作带宽从这些界限可以规避？= 400 nm至800 nm。我们进一步结合的MDL与折射透镜演示混合望远镜。通过呼吁相干理论，我们表明，相对带宽的上限是令人惊讶的透镜直径或数值孔径无关，但仅限于图像传感器的带宽。由于大面积消色差平面透镜产生显着减少其折射对应物的重量，这些计算和实验开辟了非常大规模的衍射和衍射折射望远镜的机会。
2021-12-30 physics.optics
High refractive index Fresnel lens on a fiber fabricated by nanoimprint lithography for immersion applications
在这封信中，我们提出了一个菲涅耳透镜上的光纤端部制作。该透镜是使用纳米压印光刻的功能性高折射率材料，这是适合于大规模生产。与传统的纤维透镜相比，所提出的菲涅尔透镜的主要优点是其高折射率（n=1.69），这使得即使在诸如水或粘合剂的其他介质内也能够有效地聚焦光。在浸没液体（n=1.51）中的透镜性能的测量示出了对于660 nm的波长在1/e2强度水平下直径为810 nm的近衍射极限焦斑。这种光纤透镜的应用包括集成光学、光阱和光纤探针。
2016-06-06 physics.ins-det physics.optics
The role of refractive index in metalens performance
亚波长衍射光学器件，通常称为超表面，最近因其能够创建具有极短焦距的超薄平面透镜而受到极大关注。具有不同折射率的几种材料已被用于创建超表面透镜（超透镜）。在本文中，我们分析了这些超透镜的性能的材料折射率的作用。我们采用正向和逆向设计方法来进行分析。我们发现，虽然高折射率材料允许极大地减小焦距，但是对于中等焦距和数值孔径（<0.6），对于由折射率范围在n= 1.25至n=3.5之间的不同材料制成的超透镜，焦斑尺寸和聚焦效率没有明显差异。
2018-10-05 physics.optics
Incoherent digital holograms acquired by interferenceless coded aperture correlation holography system without refractive lenses
基于编码孔径相关全息术的原理，提出了一种无透镜、无干涉的非相干数字全息术。通过这种技术获得的数字全息图包含了一些观察场景的三维图像。利用类随机编码相位掩模（CPM）对点物体衍射的光进行调制，并将强度图案记录和合成为点扩散全息图（PSH）。使用相同的CPM通过将针孔移动到所有可能的轴向位置来创建PSH库。由数码相机记录从放置在PSH库的轴向限制内的物体通过相同CPM衍射的强度。这次记录的强度被合成为物体全息图。通过将物体全息图与PSH库的相应分量互相关来重建物体在任何轴向平面处的图像。附加到图像的重建噪声通过各种方法被抑制。对多平面厚目标的重建结果与常规透镜成像进行了比较。
2017-08-01 physics.optics
Regimes in astrophysical lensing: refractive optics, diffractive optics, and the Fresnel scale
本文通过皮卡-莱夫谢茨理论精确计算衍射积分，发现天体物理透镜中折射与衍射区域的真正分界尺度为 $R_F / \sqrtκ$ 而非菲涅耳尺度 $R_F$，并指出强透镜下折射光学可适用于任意小尺度。
2023-07-21 astro-ph.HE physics.optics
Phase Topology Stability of an Optical Vortex via an Electrically Controlled Twist-Planar Oriented Liquid Crystal Fresnel Lens
本文提出一种电控扭曲平面液晶菲涅耳透镜，通过3V和35V电压切换拓扑电荷检测与奇异光束传播模式，实现光学涡旋相位拓扑的稳定评估与实时重构，简化了涡旋光束检测并具备低功耗和集成潜力。
2025-06-03 physics.optics
Role of Fabrication Errors and Refractive Index on Multilevel Diffractive Lens Performance
多级衍射透镜（MDLs）已经成为传统衍射光学元件（DOE）和超透镜的替代品，用于从成像到全息和沉浸式显示的应用。最近的工作表明，通过利用DOE的结构参数优化，可以设计MDL以实现多种功能，如消色差、焦深、广角成像等，并且非常容易制造。因此，理解制造误差如何仍然影响MDL的性能并在设计MDL的开始时数值评估效率和初始参数选择之间的权衡变得至关重要，即，甚至在制造之前。在这里，我们对MDLs（主要在THz范围内运行）进行了基于统计模拟的研究，以分析各种制造缺陷（单个和多个）对最终结构的影响，作为环高度水平的函数。此外，我们还评估了这些相同的MDLs的组成材料的折射率的变化的性能。我们在数值分析中使用聚焦效率作为评价标准;因为它是最基本的属性，可用于比较和评估通常设计用于具有任何特定功能的任何应用的透镜（和MDL）的性能。
2020-09-11 physics.optics
Dielectric Optical-Controlled Magnifying Lens by Nonlinear Negative Refraction
一个简单的光学透镜通过折射光的空间变化折射率在科学和技术中探索微观世界起着重要的作用。纳米技术的最新进展使得新型透镜（诸如，超透镜、超透镜、Luneburg透镜）能够通过利用超材料和变换光学器件专门设计材料的折射率而具有亚波长分辨率能力。然而，这些人工纳米/微工程透镜通常遭受金属的高损耗，并且在制造中要求很高。在这里，我们首次在实验上演示了一种非线性介质放大透镜，它利用简并四波混频在平凹载玻片中产生的负折射效应，获得了放大图像。此外，我们将变换光学引入非线性区域，将非线性平面透镜变换为放大透镜，通过非线性波混频实现全光学可控透镜效应，这在显微镜和成像科学中有着广泛的应用前景。
2014-11-24 physics.optics
Negative Index Makes a Perfect Time-Domain Lens, Generating Slow Playback of Ultrafast Events
利用负折射率材料实现时间域透镜，可生成超快事件的慢播放，无需亚周期调制或阻抗匹配。
2025-12-03 physics.optics
Approximate magnifying perfect lens with positive refraction
我们提出了一种具有正各向同性折射率的设备，该设备在几何光学内创建光学均匀的三维空间区域的近似放大的完美实像。它的关键成分是一种新的折射率分布，可以作为一个近似完美的镜头本身，具有非常温和的折射率范围。
2012-01-12 physics.optics
Multi-surface catadioptric freeform lens design for ultra-efficient off-axis road illumination
我们提出了一种新的设计方法，以解决基于理想光源的离轴道路照明应用的多表面折反射自由曲面透镜设计。该透镜结构包括一个解析折射入射面、一个解析全内反射（TIR）面和两个自由曲面出射面。在源平面和目标平面之间建立无卷曲能量均分，并将其划分以实现复合射线映射机制。基于遗传算法，以菲涅耳损耗和面形误差最小为目标，对解析TIR面和折射入射面进行了优化设计。结果表明，与我们在[Zhu et al.，可选失效日期26，A54-A65（2018）]。
2019-03-03 physics.optics
Electrically actuated varifocal lens based on liquid-crystal-embedded dielectric metasurfaces
本文提出一种基于液晶嵌入半导体超表面的超薄电控变焦透镜，通过电压调控液晶各向异性改变超原子相位响应，实现连续变焦和双焦切换，为紧凑型变焦成像提供新方案。
2021-01-22 physics.app-ph physics.optics
Device Platform for Electrically Reconfigurable Dielectric Metasurfaces
实现电可调谐相控阵光学天线表面一直是超颖表面领域的主要挑战。在这封信中，我们展示了一个设备平台，通过自由载流子注入实现可重构控制的亚波长光学天线的谐振波长。我们的工程师和生长，使用分子束外延，异质结构的In 1-xAlxAs/InAs/AlyGa 1-ySb层的设计，以实现大的振幅和相位调制的光通过最大化的折射率变化的区域中的共振场增强的p-i-n层生长在重掺杂的n-InAs层，形成反射基板，以限制米氏共振的纳米线内的指数可调层。我们概述了制造过程中开发的四步投影光刻工艺和自对准垂直干法刻蚀形成这样的可调超颖表面元件。我们通过实验证明了电可重构光学天线元件的操作，其中谐振波长蓝移仅在载流子注入期间由200 nm。我们外推实验测得的InAs折射率的变化，以表明我们可以实现近π相移的超颖表面阵列。这种固态器件平台使我们能够独立地接触每个谐振元件，以形成真正可重构的傅立叶光学元件，并有望在亚波长尺度上任意控制电磁波阵面。
2018-12-03 physics.app-ph physics.optics
Revisiting the Perfect Lens
我们仔细研究了Pendry的负折射率平板理想透镜理论，并指出了一个可以解决的矛盾。结果，我们发现负折射率板不放大或增强倏逝波，因此它们在最初建议的意义上不成为完美的透镜。
2008-07-11 physics.optics
Probing the ultrafast gain and refractive index dynamics of a VECSEL
通常，强增益饱和和增益动态特性在半导体激光器锁模中起着至关重要的作用。虽然已经有几个调查的超快增益动力学的垂直外腔面发射激光器（VECSELs），很少有人知道有关的折射率变化。然而，这样的折射率变化不仅对导致自相位调制的脉冲形成过程具有深远的影响，这需要通过色散来补偿，而且它们对于评估VECSEL的克尔透镜锁模的可行性也具有特别的相关性。在这里，我们测量折射率以及增益动态的VECSEL芯片使用超快光束偏转方法。我们发现，与增益动力学相反，折射率动力学由瞬时（$\sim$ 100~fs）和非常慢的分量（$\sim$ 100~ps）主导。非线性折射的时间分辨测量使我们能够预测脉冲长度相关的有效非线性折射率$n_{2,eff}$，对于短脉冲长度（$\sim$ 100 fs），该非线性折射率为负，并且在$10^{-16}$ $m^2/W$的数量级。对于大的激发注量和大的脉冲长度（几ps），它变成正的。这些结果同意与自锁模VECSELs的腔设计和脉冲特性确定的符号和强度的非线性折射率时，假设克尔透镜锁模以前的一些报告。
2021-06-25 physics.optics
Colloidal superlattices for unnaturally high-index metamaterials at broadband optical frequencies
金属纳米颗粒（NP）组装的最新进展使光学领域前所未有的光物质相互作用的复杂工程成为可能。在这项工作中，我扩大了NP光学超材料的设计灵活性，将可达折射率的上限推到不自然的高制度。对NP超晶格单层的几何参数的精确控制赋予了电共振和相关有效介电常数的显著增加，远远超出了自然可达的制度。同时，有效的渗透性，实现高折射率的另一个关键因素，被有效地抑制通过减少纳米粒子的厚度。通过建立这一设计规则，我已经实现了不自然的高折射率（15.7在电谐振和7.3在准静态极限）在宽带光频率（100 THz ~ 300 THz）。我还将这种NP超材料与石墨烯结合起来，以在宽的光学频率上电气控制高折射率。
2015-07-24 physics.optics
Large FOV short-wave infrared meta-lens for scanning fiber endoscopy
扫描式光纤内窥镜（SFE）是一种超小型、大视场、可清晰观察血管内部的光学成像器件，在心血管疾病诊断和手术辅助方面具有巨大的应用潜力，是短波红外（SWIR）生物医学成像的关键应用之一。最先进的SFE系统使用小型化的折射球面透镜双合透镜用于光束投影。超透镜是一种很有前途的替代方案，它可以做得更薄，并具有比其折射对应物更少的离轴像差。我们报道了一种具有超透镜的SFE系统，其工作在1310 nm，以实现与最先进的折射透镜SFE相当的分辨率（$\sim 140μm$在视场中心和$15mm$的成像距离）、FOV（$\sim 70 \circ$）和焦深（DOF $\sim 15mm$）。超透镜的使用将光轨的长度从$1.2mm$减小到$0.86mm$。我们的基于超透镜的SFE的分辨率在FOV的边缘处下降小于$2$的因子，而折射透镜对应物具有$\sim 3$倍的分辨率退化。这些结果显示了将超透镜集成到内窥镜中以用于设备最小化和光学性能改进的前景。
2022-12-21 eess.IV physics.optics
End-to-End Hybrid Refractive-Diffractive Lens Design with Differentiable Ray-Wave Model
KAUST（科罗Swiss技术大学）；UBC（不列颠哥伦比亚大学）；UNC（北卡罗来纳大学）
提出一种可微光线-波模型，精确模拟折衍混合透镜，实现透镜与重建网络的端到端协同设计，在像差校正与扩展景深成像上取得显著改善。
2024-06-02 cs.CV cs.GR physics.optics
Nano-lens diffraction around a single heated nano particle
纳米级球面对称折射率分布对聚焦高斯光束的作用可以容易地设想为相位修改元件（即透镜）的作用：穿过非均匀折射率场n（r）的光线沿着它们的轨迹收集附加相位，该附加相位相对于未扰动光线提前或延迟它们的相位。这种类似透镜的作用长期以来一直被理解为薄样品光热吸收测量信号背后的机制[1，2]，其中存在圆柱对称和不同的长度尺度。然而，在光热单（纳米）颗粒显微镜中，在这种新技术出现期间，建立了复杂的，尽管预测有限的电动（EM）散射处理[3]。我们最近的研究[4]将这种EM方法扩展到一个完整的从头算模型中，描述了所遇到的情况的现实，并首次表明信号背后的机制，尽管其纳米级起源，也是仅隐藏在理论Mie框架的复杂伪装中的诱导折射率分布的类似透镜的作用。本文提出的衍射模型给出了轴向PT信号的形状、幅度及其角分布的简洁解析表达式，所有这些都显示出清晰的透镜特征。它进一步表明，高斯光束的古伊相位不有助于相对光热信号在向前的方向，这是不容易从更严格的EM处理明显的事实。因此，该模型可用于估计光热单粒子显微镜中的信号形状和幅度。
2011-09-13 physics.optics
Multi-refractive-index metamaterials based on subwavelength waveguide arrays
我们证明了一种超材料，不能描述由一组单一的折射率和阻抗值，即使是固定的频率和极化。超材料结构是具有亚波长宽度和间隔的不同波导的堆叠，其以不同的相速度引导光。这种多折射率超材料（MRIM）可以被看作是多个均匀材料的空间叠加。使用全波模拟，我们演示了几个光学元件的基础上MRIMs，包括棱镜，偏转光到多个角度，多个焦点的透镜，和多折射率法布里-珀罗标准具与增强密度的谐振模式。我们提供了一个理论框架，用于分析磁共振成像，以确定有效折射率，功率的分数到每个通道（即，每个折射率）和透射率。
2018-07-30 physics.optics
Modulating Low-Power Threshold Optical Bistability by Electrically Reconfigurable Free-Electron Kerr Nonlinearity
本文提出通过静态偏压调制重掺杂半导体中自由电子浓度，实现克尔非线性的电可重构，使光学双稳态功率阈值可调超两个数量级，低至10微瓦，为电光调制器发展提供新途径。
2025-09-06 physics.optics quant-ph
Geodesic conformal transformation optics: manipulating light with continuous refractive index profile
共形变换光学提供了一种简单的方案，用于操纵具有非均匀各向同性折射率的光线。然而，在不同的虚拟黎曼面的分支切口处，折射率分布通常是不连续的，从而影响功能。为此，我们提出了一种基于测地线透镜概念的保角变换光学方法。所要求的是连续的折射率分布的折射率，这表明几乎完美的性能设计的设备。我们证明了这样一个建议，实现共形透明和反射。我们还可以通过两种技术利用理想电磁导体来进一步实现共形隐形斗篷。测地线的概念也可以应用于其他二维的服从亥姆霍兹方程的波。
2018-02-07 physics.optics
Temperature dependent refractive index of silicon and germanium
硅和锗可能是固态器件技术以及最近的微加工和纳米技术背景下最广为人知的两种半导体材料。同时，这两种材料在红外镜头设计领域也有重要的应用。为这两种材料透射的波长范围设计的光学仪器在冷却至低温时实现最佳性能，以增强来自场景的信号超过仪器背景辐射。为了实现在低温下使用硅和锗的高质量透镜设计，我们使用NASA戈达德太空飞行中心的低温高精度折射测量系统（CHARMS）测量了这两种材料的多个棱镜的绝对折射率，作为波长和温度的函数。对于硅，我们报告的绝对折射率和热光系数（dn/dT）在温度范围从20至300 K，波长从1.1至5.6微米，而对于锗，我们覆盖的温度范围从20至300 K和波长从1.9至5.5微米。我们将我们的测量结果与文献中的其他测量结果进行比较，并根据我们的数据提供依赖于温度的Sellmeier系数，以便将指数精确插值到其他波长和温度。引用文献中这两种材料折射率的各种数值，我们重申，当绝对精度要求大于+/-5 x 10^-3时，测量来自同一批原材料的样品的折射率是非常重要的。
2006-06-19 physics.optics
Reconstructions of refractive index tomograms via discrete algebraic reconstruction technique
光学衍射层析成像（ODT）提供透明微观物体的三维折射率（RI）层析图像。然而，由于物镜的有限数值孔径，ODT对衍射光的访问有限，并且遭受差的空间分辨率，特别是沿轴向方向。为了克服RI层析成像质量的限制，我们提出了一种算法，准确地重建RI层析成像使用的初步信息，RI值的标本是离散的和均匀的。通过对微球、红细胞和水滴等不同样本的仿真和实验，证明了该方法能够在存在缺失信息和噪声的情况下，精确地重建具有离散和均匀RI值的样本的RI断层图像。
2017-09-19 physics.optics
Negative Index Lens Aberrations
我们研究了由折射率不限于正的介质组成的薄球面透镜的赛德尔像差。我们发现，考虑这个扩展的参数空间允许减少或消除更多的像差比可能只有正折射率介质。特别是，我们发现，球面透镜拥有真正的消球差焦点是可能的，只有负指数。我们使用仅依赖于麦克斯韦方程组和能量守恒的自定义代码来执行射线追踪，这证实了像差计算的结果。
2004-03-31 physics.optics
Refractive index of a transparent liquid measured with a concave mirror
本文介绍了用球面凹面镜法测量透明液体折射率的方法。我们利用斯涅耳定律和小角近似推导了折射率方程。利用传统的球面镜和薄透镜高斯方程验证了该方法的有效性。
2012-02-11 physics.class-ph physics.optics
High refractive index immersion liquid for super-resolution 3D imaging using sapphire-based aNAIL optics
光学透明的浸没液体的折射率（n ~ 1.77），以匹配基于全息的消球差数值孔径增加透镜（aNAIL）是必要的，以实现深3D成像与高空间分辨率。本文报道了三溴化锑（SbBr $_{3}$）盐溶于液体二碘甲烷（CH $_{2}$ I $_{2}$）中，为光学应用提供了一种新的高折射率浸没液。通过调节盐浓度或温度，折射率可以从n = 1.74（纯）到n = 1.873（饱和）进行调节;这使得它能够匹配（甚至超过）蓝宝石的折射率。重要的是，该解决方案在紫外到近红外范围内具有优异的透光率，这是对市售浸没液体的改进。这种折射率匹配的浸没液体配方使我们能够开发出一种具有高数值孔径（NA = 1.17）和长工作距离（WD = 12 mm）的基于光纤的aNAIL物镜。这为具有高空间分辨率的深度3D成像开辟了新的可能性。
2016-04-20 physics.optics
Universal Description of Spherical Aberration Free Lenses Composed of Positive or Negative Index Media
我们发现描述无球差透镜表面的函数可以用于正折射率和负折射率介质。由于引入了负折射率，该函数具有所有圆锥曲线的形式，从而扩展了消球差光学曲面的理论。相对于折射率存在两个不同的对称中心，其在正折射率透镜轮廓和负折射率透镜轮廓之间产生不对称关系。在薄透镜的极限中，象位和放大率的公式对任何折射率都成立.
2003-07-21 physics.optics
Ultimate resolution of indefinite metamaterial flat lenses
我们发现，任何金属介质多层与双曲型色散关系，实际上可以用一个复杂的有效折射率。从复杂的布洛赫能带图中提取的折射率可以直接与由这种所谓的无限超材料制成的平面透镜的超分辨率相关联。这允许透镜设计的系统优化，从而导致性能优于最先进的平面透镜的结构。我们表明，即使充分考虑吸收，我们的设计提供了超分辨图像的可见光从透镜边缘的一个波长的距离。
2013-07-16 physics.optics
Gradient Index Metamaterial Based on Slot Elements
提出了一种基于环形缝隙阵列的梯度折射率（GRIN）超材料。该结构允许在垂直于平面入射下的有效折射率的大的变化，从而使得能够构造仅由少量功能层组成的GRIN器件。使用全波模拟，我们证明了环形槽的概念，通过一个3单元的薄梯度折射率透镜的太赫兹（THz）范围。在所提出的实现中，我们实现了Δ n = 1.5的折射率对比度，从而导致适合于将THz辐射聚焦到小于波长的光斑尺寸的高折射率透镜。
2010-02-04 physics.optics
Density Effects on the Negative Refractive Index of a Split Ring Resonator Metamaterial
基于互补介质的完美透镜和隐身是负折射率材料的可能应用。超材料是通过调整有效介电常数和磁导率来实现这一特性的天然候选材料。超材料的$n<0$的微调受到粗粒夹杂物的限制，粗粒夹杂物使电磁参数作为其密度的函数而离散。我们研究了在微波频率下超材料的负折射率与晶格周期线密度的关系。在波导截止频率以下的频带中，通过填充有开口环谐振器阵列的波导来获得负折射率。通过在1 GHz的带宽上调谐密度，保持了典型的完美透镜效应的特殊值$n=-1$。观察到超材料在其上操作的截止密度。第二个临界密度以上的传输饱和被发现接近Pendry限制。这些结果的密度的负折射率超材料开辟了新的途径，微调本构参数在所需的值，通过变换光学。
2010-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Extreme-ultraviolet refractive optics
折射是一种众所周知的光学现象，它改变了光波在物质中传播的方向。基于折射的显微镜、透镜和棱镜是控制可见光、红外线、紫外线和X射线波长光束特性的不可或缺的工具。然而，物质对极紫外线（XUV）辐射的大量吸收阻碍了折射透镜和棱镜在这一光谱区域的发展。在这里，我们展示了控制XUV辐射的折射，通过使用气体射流与密度梯度的XUV光束剖面。气相棱镜的演示，导致一个依赖于频率的XUV光束偏转。在原子共振附近的强偏转进一步用于开发可变形XUV折射透镜，具有低吸收和可以通过改变气体压力来调谐的焦距。我们的研究结果为XUV科学提供了新的机会，并为将基于折射的技术（包括显微镜和纳米聚焦）转移到XUV领域开辟了一条道路。
2018-04-24 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
On-axis diffraction-limited design of bi-parabolic singlet lenses
提出了一种双抛物面衍射限制透镜。以下参数的知识：物距、相对折射率、透镜厚度和像距，使得能够解析地计算抛物线前表面和后表面。给出了这种透镜获得衍射极限像的条件及其最大直径。这些双抛物面透镜可以以降低的成本容易地制造，并且可以用于多种商业和工业应用。文中介绍了获得这种曲面的方法，并给出了一个简单的实例，并用Oslo进行了验证。
2019-08-14 physics.optics
Multi-channel electrically tunable varifocal metalens with compact multilayer polarization-dependent metasurfaces and liquid crystals
本文提出并验证一种由三个偏振复用双焦超透镜与三个LC盒级联构成的八通道电调谐变焦超透镜，可在3.6–9.6 mm间切换焦距且结构紧凑、可扩展。
2025-05-16 physics.app-ph physics.optics
Optimizing achromaticity in metalenses, and development of a layered thin-film metalens
超透镜是设计成利用纳米级谐振结构来重定向入射光以复制常规折射透镜或透镜阵列的行为的微透镜光学装置。这些通常由离散的元原子组成，例如纳米级电介质柱。消色差聚焦-与传统的多元件折射对应物相关联-经常尝试单层超透镜设计，这已被证明难以用有界折射率和总透镜厚度实现。最近的一项研究（F.Presutti和F.Monticone，2020年）将此形式化，将光学延迟线限制应用于超透镜，导致聚焦系统的消色差性的普遍权衡。在这项工作中，我们（1）从理论上探讨了消色差超透镜设计，（2）提出了一个薄膜多层设计作为替代离散元原子的方法大数值孔径（NA）消色差超透镜。它示出，波前调制也可以实现光谱变化的传输幅度，而不是纯粹匹配的相位分布。事实上，即使折射率有界，在给定光谱范围内的完美消色差操作也可能被其他地方的不完美操作所抵消，导致NA受到控制的最小一般光谱特征的限制。这些考虑导致了一个广义的相位匹配优化程序，并模拟了一个薄膜超透镜，使用分层的TiO 2/MgF 2的总厚度小于1 μm（20层），在6个同时波长（350-740 nm，Δλ~65 nm）聚焦。对于中等NA（~0.35），反射光的显著比例（>40%光谱平均值）被聚焦。随着光学涂层工业的成熟，保形薄膜方法从其离散纳米级元原子等效物降低了制造复杂性。
2022-02-08 physics.optics
Theoretical analysis of error transfer from surface slope to refractive ray and their application to the solar concentrated collector
本文通过几何光学推导出由光学误差计算反射光线误差标准差的一般公式，并应用该公式计算了8种太阳能聚光反射镜的反射光线误差标准差，给出了典型结果。结果表明：对于太阳能槽和定日镜反射镜，当入射角大于0时，两个方向的斜率误差传递到聚焦光线的任一方向上，对于点聚焦菲涅尔透镜、点聚焦抛物面玻璃反射镜、线聚焦抛物面玻璃反射镜，随着边缘角的增大，光学光线到聚焦光线的误差传递系数增大;对于TIR-R聚光器，它将减小;对于玻璃定日镜，它与反射点的入射角和方位角有关。关键词：光学误差，标准偏差，折射光线误差，聚光太阳能集热器
2011-12-06 physics.optics
Non-contact lens metrology from optical flow and differentiable ray tracing
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
本研究提出一种基于光流与可微分光线追踪的非接触式透镜计量方法，通过小波噪声图案化掩模位移重建透镜表面，经商用透镜验证，其平非球面重建结果与彩色共焦轮廓测量法一致。
2026-10-14 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Temperature-dependent refractive index of CaF2 and Infrasil 301
为了使使用氟化钙（CaF 2）和Heraeus SiOsil 301（SiOsil）的高质量镜头设计能够在低温工作温度下使用，我们使用NASA戈达德太空飞行中心的低温高精度折射测量系统（CHARMS）测量了这两种材料的绝对折射率随波长和温度的变化。对于CaF 2，我们报告的绝对折射率和热光系数（dn/dT）在温度范围从25到300 K，波长从0.4到5.6微米，而对于SiO2，我们覆盖的温度范围从35到300 K，波长从0.4到3.6微米。对于CaF 2，我们将我们的指数测量值与其他研究者的测量值进行比较。对于SiO2，我们将我们的测量结果与材料制造商在室温下的数据进行比较，并与之前研究（包括我们自己的研究）中熔融石英的低温测量结果进行比较。最后，我们提供了温度依赖的Sellmeier系数的基础上，我们的测量数据，以允许准确的插值指数到其他波长和温度。
2008-05-01 physics.optics
Theoretical Considerations on Compensation of the Accommodation-Vergence Mismatch by Refractive Power of Focus-Adjustable 3D Glasses
调节-聚散度不匹配被认为是观看3D显示时引起视觉疲劳的原因之一。我们建议可以通过可调焦距3D眼镜的屈光力来补偿失配。从镜片光学和几何考虑，我们还开发了计算3D眼镜所需屈光力的方程。我们提出的补偿是为了减少3D显示的视觉疲劳。
2012-09-24 physics.bio-ph physics.optics q-bio.OT
Scalar Diffraction Analysis Of Dispersion In Low-Index Thin Flat Lenses
采用标量衍射和时域有限差分法分析了低折射率薄透镜的色散特性。我们用这些方法得到的色散结果与报道的实验结果以及衍射透镜焦距f与波长λ的函数关系式f（λ）=（f_0 λ_0）/λ（其中f_0是波长λ_0的设计焦距）进行了比较。我们表明，当解析公式被应用到薄的平面透镜与低折射率，结果是准确的小数值孔径（NA）高达0.2。对于较大的NA，解析近似和FDTD分析之间的误差保持在8%左右，在很宽的NA范围。
2022-04-25 physics.optics
The asymmetric lossy near-perfect lens
我们推广了最近提出的完美透镜[J.B. Pendry，Phys. Rev. Lett. { \bf 85}，3966（2000）]中所述的方法。我们表明，一个平板的介质与负折射率的不同的正折射率的介质包围也放大倏逝波，可以作为一个近乎完美的透镜。我们研究的作用的表面状态中的放大的倏逝波。通过这种非对称透镜获得的图像分辨率对于透镜中的吸收效应更鲁棒。特别是，我们研究的情况下，银板，它具有负介电常数，与空气的一侧和其他介质，如玻璃或GaAs的另一侧作为一个“不对称”的损耗接近完美的透镜P-偏振波。研究发现，由于银的正磁导率，延迟对成像有不利影响，但我们得出结论，尽管如此，亚波长图像分辨率是可能的。
2002-06-28 cond-mat physics.optics
Non-dispersive graded impedance acoustic lenses
针对传统透镜阻抗失配引发反射与色散的问题，研究从声波方程推导可保相速度的梯度阻抗分布，实现低色散高效波传输，在声学龙伯透镜中验证，可扩展至成像、隐身等场景。
2025-06-17 physics.app-ph physics.optics
Investigation of the Kerr-lens Mode Locking Ability of Cr:ZnSe Solid-State Laser
通过对Cr：ZnSe激活介质非线性折射率的理论计算，预测了Cr：ZnSe激活介质在2000 - 3000 nm光谱范围内存在较强的离焦级联二阶非线性。在此基础上，提出了克尔透镜锁模的最佳腔结构，可以实现亚100 fs的脉冲持续时间。数值模拟证实了强自相位调制导致的激光器的强失稳过程。超短脉冲产生的稳定性是可能的，由于光谱过滤，增加了脉冲持续时间高达300 fs。
2000-09-18 physics.optics
Transmutation of singularities and zeros in graded index optical instruments: a methodology for designing practical devices
我们描述了一种设计方法，用于修改梯度折射率光学仪器的折射率分布，将奇点或零在其折射率。该工艺保持了器件性能，同时产生了全介电的渐变轮廓，不需要具有不切实际值的材料，并且与边界介质阻抗匹配。这是通过使用变换光学的形式来变换奇点（或零点）来实现的，但是具有要求坐标变换的梯度连续的附加边界条件。当空间变化的介电常数和磁导率分布被缩放到可实现的值时，该附加的边界条件确保设备与边界介质阻抗匹配。我们演示了伊顿镜头的一些细节的方法，然后描述的配置文件的“不可见的光盘”和“多极”镜头。
2014-01-13 physics.optics
Design of cycloidal rays in optical waveguides in analogy to the fastest descent problem
本研究类比经典力学最速降线问题，设计梯度折射率介质中的摆线光波导，揭示其频率相关聚焦成像及滤波响应特性。
2024-04-03 physics.optics
Electrically switchable metasurface for beam steering using PEDOT
可切换和主动超表面允许实现光束转向、可变焦超透镜或动态全息。为了实现这一目标，必须将高性能超颖表面与具有高折射率对比度和高切换速度的可切换材料相结合。在这项工作中，我们提出了一个电化学可切换的超颖表面的光束转向，我们使用的导电聚合物聚（3，4-乙烯-二氧噻吩）（PEDOT）作为活性材料。我们展示了角度高达10°的光束衍射，以及采用外部施加的-1 V和+0.5 V之间的循环电压的衍射光束和初级光束的强度变化。通过这种独特的组合，我们实现了1 Hz范围内的开关速度，同时可以扩展到数十Hz区域的典型显示频率。我们的研究结果对未来电子开关和显示纳米技术的设计和制造有直接的影响，例如动态全息图。
2021-03-03 physics.app-ph physics.optics
Versatile manipulation of low-refractive-index particles using customized optical building blocks
本研究提出利用自由透镜调制方法组装广义完美光学涡旋生成光学构建块，成功实现了对低折射率粒子的旋转、并行操控及按尺寸分选，为光学捕获和生物医学等领域提供了新方法。
2023-11-27 physics.optics
When does the choice of the refractive index of a linear, homogeneous, isotropic, active, dielectric medium matter?
对于线性、均匀、各向同性、有源、介电材料的折射率有两种选择。任何一种选择都足以获得频域解：（i）平板、球体和其他有界物体的散射;（ii）导波在均匀填充、横截面均匀、具有完美导电壁的直波导段中的传播;以及（iii）由于平面透镜的成像。对于半空间问题，正确的选择确实很重要，但这个问题是不现实的。
2007-11-27 physics.class-ph physics.gen-ph physics.optics
Giant gate-tunability of complex refractive index in semiconducting carbon nanotubes
材料中的电可调光学性质对于从显示器到激光和光通信的许多应用是期望的。在大多数二维薄膜和其他量子限制材料中，这些常数已经被精确测量。然而，单壁纳米管（SWCNT）作为静电调谐的函数的光学常数尚未被测量，由于缺乏电子纯度和大面积的空间均匀性。在这里，我们测量的基本光学常数的高纯度（>99%）的半导体单壁碳纳米管（s-SWCNT）薄膜的光谱椭圆偏振法。我们提取了s-SWCNT薄膜的门可调复折射率，并观察到在近红外（IR）区域（1.3-1.55 μm）由所施加的电场诱导的实际折射率（~11.2%或绝对值>0.2）和消光系数（~11.6%）的巨大调制，其显著高于该波长范围内所有现有的电光半导体。我们进一步通过组合s-SWCNT和单层MoS 2异质结构来设计多层IR反射相位调制器叠层，其可以在1600 nm波长下获得>45°反射相位调制，总叠层厚度< 200 nm。我们的研究结果突出了s-SWCNT作为一个有前途的材料系统，在电信应用中的红外光子学和电光。
2020-09-24 physics.app-ph physics.optics
High-Q photonic crystal cavities in all-semiconductor photonic-crystal heterostructures
光子晶体腔使得能够实现高Q因子和低模式体积谐振器，其中典型的架构由薄的悬置图案化层组成，以通过强折射率引导来最大化光的限制。我们研究了一种基于异质结构的方法，包括一个高折射率的核心和较低的折射率的包层。虽然限制通常随着芯层和包层之间的折射率对比度的减小而减小，但我们表明，与直觉相反，由于包层中的光子能带结构所提供的限制，可以仅用小的折射率对比度来实现Q因子$>10^4$。这为在传统半导体异质结构中实现高Q因子腔开辟了新的机会，并直接应用于使用传统制造方法的电泵浦纳米腔激光器的设计。
2017-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.app-ph
