Floquet-Mode Solutions of Space-Time Modulated Huygens' Metasurfaces
提出了一个严格的Floquet模式分析的零厚度时空调制惠更斯超颖表面的模型，并确定散射场的新的谐波分量的强度。所提出的方法是基于广义片转换条件（GSTCs）处理的元表面作为一个空间不连续。超颖表面描述的洛伦兹电和磁的表面磁化率，$χ_\text{ee}$和$χ_\text{mm}$，分别，其谐振频率在空间和时间周期性调制。未知的散射场，然后表示在Floquet模式，当使用GSTC，导致一个系统的场矩阵方程。然后对所得的线性方程组进行数值求解，以确定总散射场。使用时域有限差分（FDTD）求解器，所提出的方法进行了验证和确认的调制深度（$Δ_p$）和频率（$ω_p$）的几个例子。最后，计算的稳态散射场傅立叶传播解析，可视化的折射谐波。所提出的方法是简单和通用的，能够确定稳态响应的时空调制的惠更斯超颖表面，为任意调制频率和深度。
2017-01-19 physics.optics
Electrochemically-controlled metasurfaces with high-contrast switching at visible frequencies
针对可见光频段主动超表面受纳米尺度限制性能偏低的问题，研究人员采用可局部结合在金纳米棒上的导电聚合物PANI，制备出具备高对比度、快切换、高可逆性的电化学调控超表面，验证了异常透射与全息应用，为实用超表面器件奠定基础。
2023-07-19 physics.app-ph physics.optics
A Reflective Metasurface for High-Efficiency Terahertz Cross-Polarization Conversion
University of Naples Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）
该研究提出一种基于双环铝谐振器的反射式太赫兹超表面，经仿真优化和实验验证，在两个谐振频率下实现超87%的极化转换比，可用于高效太赫兹交叉极化转换。
2026-08-17 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
Spectral tuning of high-harmonic generation with resonance-gradient metasurfaces
本文提出利用由锗骨状纳米谐振器组成的共振梯度超表面，实现中红外波段高Q值光学共振，结合可调谐激光器，实现了对三次和五次谐波产生的宽光谱共振增强与可调谐控制。
2023-07-28 physics.optics
Linear frequency conversion via sudden merging of resonances in time-variant metasurfaces
根据诺特定理，物理系统中的能量转换需要时间平移不变性破缺。与这种能量守恒关系密切相关的是，电磁波的频率随着波在随时间变化的介质中传播而发生转换。因此，对波传播所通过的介质（无论是人工的还是自然的）的有效时间控制是线性光学频率转换的核心。在这里，我们提出了快速时变超颖表面作为频率转换平台，并通过实验证明了它们在太赫兹频率下的功效。所提出的超颖表面被设计用于在超快光激发时将两个不同的共振突然合并成单个共振。从该频谱设计的时间边界向前，辐射合并谐振频率分量。此外，时间相干性的两个原始的谐振模式相对于突变的时间边界被发现是强烈相关的频率转换的量以及转换波的相位。由于它们的设计灵活性，时变元表面可以成为用于各种频率范围的按需频率合成器。
2017-06-02 physics.optics
Spatio-TemporalMetasurface for Real-time 2-D Spectrum Analysis
提出了一种时空元表面，用于将电磁波的时间频率实时分解为二维平面上的空间频率。使用傅立叶分析来分析和演示元表面。所需的透过率函数是从一个由楔块、衍射光栅和聚焦透镜级联组合而成的等效自由空间光学系统导出的。超颖表面必须表现出在宽带宽上的多谐振和1-D光栅型扫描以实现空间中指定的2-D频率扫描。与现有技术的相关系统相比，所提出的元表面系统更紧凑，因为它只需要一个色散结构，同时保持2-D时空映射系统所特有的高频率分辨率。
2014-12-25 physics.optics
Strong field confinement in air and enhanced optical Kerr nonlinearity of high-index star-shaped pore membrane metasurfaces
Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院远东分校自动化与控制过程研究所）
研究以GaP为模型，设计星形孔膜超表面，利用其强场限域特性使空气区电能密度提升7倍，非线性折射率增强三个数量级，为非线性光学提供新平台。
2026-10-15 physics.app-ph physics.optics
Minireview on Disordered Optical Metasurfaces
本文综述无序光学超表面的最新进展，阐明其相消与相长干涉共存所带来的设计灵活性，并展望未来研究方向。
2023-11-18 physics.optics
Polarization-controlled anisotropic coding metamaterials at terahertz frequencies
基于有效介质的异向介质由于其能够自适应地调整自然界中不存在的有效介质参数，已经实现了许多不寻常的物理特性（如负折射和隐形隐身）。最近，有人提出通过设计具有相反相位响应的数字元件“0”和“1”的编码序列来控制电磁波的编码超材料。本文提出了太赫兹各向异性编码超材料的概念，其不同方向的编码行为依赖于太赫兹波的偏振状态。我们实验证明了一个灵活的偏振控制的各向异性编码超颖表面功能在太赫兹制度使用专门设计的编码元件。通过用精心设计的数字序列（1位和2位）对元件进行编码，x偏振和y偏振反射波可以在三维空间中独立偏转或扩散。模拟的远场散射图案以及近场电场分布，以说明双功能性能的编码超颖表面，这表明良好的协议的测量结果。我们进一步证明了各向异性编码超颖表面产生分束器的能力，并同时实现异常反射和偏振转换，为不同偏振态的太赫兹波提供了强有力的控制。所提出的方法，使通用的光束行为下的正交偏振使用一个单一的元表面，因此将有望有趣的太赫兹器件。
2015-09-12 physics.optics
A thin anisotropic metasurface for simultaneous light focusing and polarization manipulation
集成两种重要类别的光学元件的可能性，即，圆偏振器和透镜，到一个薄的等离子体超颖表面进行检查。在探索了一般理论公式后，在金属损耗不能忽略的情况下，给出了实现中红外波段偏振透镜的优化设计。具有偏振相关和空间变化相位响应的Y形纳米天线的二维阵列是这种独特的紧凑型偏振透镜的基础，其性质可以在集成光学中具有很高的影响。
2014-06-03 physics.optics
Ultrathin Complementary Metasurface for Orbital Angular Momentum Generation at Microwave Frequencies
具有螺旋波阵面的电磁波携带轨道角动量（OAM），其与复电场的方位角相位相关联。OAM是电磁波中的一种新的自由度，在通信系统的信道复用中具有广阔的应用前景。虽然载OAM的电磁波引起了越来越多的关注，但在微波频率下产生OAM的方法仍然面临挑战，例如效率和仿真时间。在这项工作中，通过使用电路理论和等效原理，我们建立了两个简化的模型，一个为单个散射和一个为整个元表面预测其电磁响应。这两种模型大大简化了设计过程，减少了仿真时间。在本文中，我们提出了一种互补的超颖表面，将没有OAM的左手（右手）圆偏振平面波转换为具有任意阶OAM的右手（左手）圆偏振波，并且可以实现高传输效率。
2016-11-09 physics.class-ph physics.optics
Graphene-Gold THz Metasurfaces with Tailored Resonant Structure for Enhanced Nonlinear Response
本研究提出并验证了一种金-石墨烯混合超表面，通过谐振增强实现高效三倍频产生，实验观察到显著非线性频移，为太赫兹非线性光子器件提供了新方案。
2025-09-10 physics.optics
Nonreciprocal transmission of electromagnetic waves with nonlinear active plasmonic metasurfaces
非互易性对于光学信息处理、全双工通信和保护敏感激光设备免受不必要的反射是重要的。然而，这是非常具有挑战性的，以获得强的非互易响应的光学频率，特别是当纳米结构被认为是。在这项工作中，我们解决了这个问题，展示了一个紧凑的双面等离子体元表面，作为一个新的非互易传输过滤器在近红外频率。所提出的纳米结构易于实际实现，因为它是由两个不同尺寸的银纳米带放置在一个介电间隔层的两侧。所引入的增益导致在线性操作制度中的异常点形成，其中由于损耗补偿而从所提出的非厄米特奇偶时间对称纳米尺度系统实现单向完美传输。当考虑其非线性响应时，所展示的等离子体超颖表面在纳米级上打破了洛伦兹互易定律，这主要是由于其空间非对称几何结构与增强的非线性相结合。在相对较低的输入光强下，实现了从相反方向具有单位透射对比度的强宽带非互易性。此外，具有显著对比度的非对称非线性三次谐波产生也由相同的非互易超颖表面设计示出。这项工作的结果可以导致实现各种新的自诱导非互易纳米光子配置，如集成超快开关，纳米保护涂层和非对称定向成像设备。
2022-12-05 physics.optics
Frequency-selective terahertz wave amplification by a time-boundary-engineered Huygens metasurface
本文利用飞秒激光在惠更斯超表面中引入时间边界，通过超快Q开关和共振频率移动实现频率可调、强度放大超过20%的太赫兹波放大。
2024-07-03 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
Electrically Tunable Reflective Metasurfaces with Continuous and Full Phase Modulation for High-efficiency Wavefront Control at Visible Frequencies
全介质光学超颖表面可以在纳米尺度上局部控制光的振幅和相位，从而实现任意波前整形。然而，缺乏制造后的可调性限制了超颖表面在许多应用中的真正潜力。在这里，我们利用薄的液晶（LC）层作为可调谐介质周围的超颖表面，以实现在可见光频率的高反射的相位空间光调制器（SLM），表现出与相关的2pi相位控制和非耦合振幅的主动和连续的谐振调谐。动态波前整形是通过编程96个可单独寻址的电极与一个小的像素间距为1微米。通过减小的LC厚度来促进小像素尺寸，从而强烈抑制像素之间的串扰。该器件用于演示具有宽视场和高绝对衍射效率的动态光束转向。我们相信，我们的演示可以为实现下一代高分辨率SLM铺平道路，在动态全息，可调光学和光探测和测距（LiDAR）等方面具有广泛的应用。
2023-03-24 physics.app-ph 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 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
Planar chiral metasurfaces with maximal tunable chiroptical response driven by bound states in the continuum
具有高Q手性共振的光学超颖表面可以增强光-物质相互作用，用于手性响应的各种应用，如非线性、有源和非线性元器件。通常，这种超颖表面需要复杂的深度分辨纳米纤维来实现亚波长立体纳米结构，这带来了巨大的挑战，特别是在短波长范围内。在这里，我们提出了一种新的平面设计的手性超颖表面支持束缚态的连续（BIC），并证明实验手征光学响应与记录高Q因子（Q=390）和近乎完美的圆二色性（CD=0.93）在光学频率。简化的亚原子是高度双折射的，并且支持缠绕椭圆本征偏振，其具有围绕BIC偏振奇异性的相反螺旋度，提供了一种方便的方式，用于通过破坏面内对称性或改变照射方向来实现最大平面手性。在平面超颖表面中实现的这种急剧共振手性有望在经典和量子光学中实现各种实际应用，包括手性传感，对映体选择和手性量子发射器。
2021-12-14 physics.optics
Magnet-free nonreciprocal metasurface for on-demand bi-directional phase modulation
不受洛伦兹互易性的约束，非互易超颖表面能够在向前和向后传播的波上编码独特的光学功能。迄今为止报道的非互易超颖表面需要外部电场或磁场偏置或依赖于非线性效应，这两者在实际实施中都具有挑战性。在这里，我们提出并实验实现了一个无磁，线性，被动的非互易超表面的基础上自偏置的磁性元原子。实验表明，记录透过率可达77%，工作角可达64 °。此外，按需双向相位调制的“乐高”的方式在理论上提出和实验证明，使队列的非互易功能，如微波隔离，非互易光束转向，非互易聚焦，和非互易全息。该设计还可以扩展到MHz和光学频率，利用各种各样的自偏置回转材料。我们预见，在这项工作中展示的非互易元表面将有显着的实际影响，从非互易天线和天线罩的全双工无线通信和雷达系统的应用。
2022-04-07 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
Terahertz pulse generation with binary phase control in non-linear InAs metasurface
太赫兹（THz）脉冲产生的效应已经彻底改变了太赫兹频率下的宽带相干光谱和成像。然而，THz脉冲通常缺乏空间结构，而结构化光束对于高级光谱应用变得至关重要。具有纳米级THz发射器的非线性光学超颖表面可以通过在产生阶段定义光束结构来提供解决方案。我们开发了一个非线性的InAs超颖表面组成的纳米光学谐振器的同时产生和太赫兹光束的结构。我们发现，太赫兹脉冲产生的谐振器是由光学整流。它比ZnTe晶体更有效，并且它允许我们控制脉冲极性和幅度，为实现二相THz超颖表面提供了平台。为了说明这种能力，我们展示了InAs超透镜，它同时产生和聚焦太赫兹脉冲。使用纳米级发射器控制时空结构为太赫兹光束工程和先进的光谱学和成像应用打开了大门。
2022-11-07 physics.optics
Gate-tunable conducting oxide metasurfaces
由亚波长人工结构的平面阵列组成的超表面显示出非凡的光操纵的前景;它们已经产生了新颖的光学元件，如平面透镜、波片、全息表面和轨道角动量操纵以及在宽范围的电磁波谱上的检测。然而，迄今为止开发的超颖表面的光学性质不允许在制造之后反射或透射波振幅和相位的通用可调谐性，因此限制了它们在广泛应用中的使用。在这里，我们实验证明了门可调超颖表面，使动态电控制的相位和振幅的平面波从超颖表面反射。可调谐性起因于结合到超颖表面天线元件中的导电氧化物层的复折射率的场效应调制，所述超颖表面天线元件以反射阵列几何形状配置。通过施加2.5 V的栅极偏压，我们测量了π的相移和反射率的~ 30%的变化。此外，我们还演示了在超过10 MHz的频率下的调制，以及通过对超颖表面元素的子组进行电气控制来实现+/-1阶衍射光束的电气切换，这是电可调谐光束转向相控阵超颖表面的基本要求。所提出的具有高光学质量和高速动态相位调制的可调谐超颖表面设计建议在用于成像和感测技术的下一代MEMS光学组件中的应用，例如可重构光束转向装置、动态全息图、可调谐MEMS透镜、纳米投影仪和纳米级空间光调制器。重要的是，我们的设计允许与电子器件完全集成，因此可以对单个超颖表面元件进行电寻址。
2015-11-26 physics.optics
Magnetic dipole ordering in resonant dielectric metasurfaces
光学频率的人工磁性可以在由亚波长元素（也称为“元原子”）的周期性阵列组成的超材料中实现。光感生磁矩可以布置成自然地与铁磁（FM）序相关联的非交错结构或对应地链接到反铁磁（AFM）序的交错结构。在这里，我们证明，这种磁偶极子的元原子的晶格顺序可以出现在低对称性米氏共振超颖表面，其中每个不对称的介电（非磁性）元原子支持本地化的陷阱模式。我们发现，这些全介电共振超颖表面不仅具有很强的光磁响应，但他们也表现出显着的偏振旋转的传播电磁波在FM和AFM共振。我们通过直接测量全电介质超颖表面中激发的不同模式的光谱特性，并在微波频率下绘制电磁场的近场图案，证实了这些发现。
2020-03-19 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Photoinduced giant modulation of terahertz nonlinearity from metasurfaces
Tsinghua University（清华大学）；Wuzhen Laboratory（乌镇实验室）
通过光调控半导体超材料的谷自由度，实现太赫兹非线性调制，达到超大调制深度，为超快太赫兹信号处理和全光计算提供新方法。
2025-11-27 physics.optics
Design of Tunable Biperiodic Graphene Metasurfaces
具有亚波长特征的周期性结构有助于对从射频到光学的电磁波进行通用和有效的控制。在本文中，我们从理论上评估了由周期性图案化的石墨烯制成的电磁超颖表面的潜在应用和性能。提出了几种石墨烯超颖表面，从而证明这种石墨烯表面可以用于动态控制电磁波反射、吸收或偏振。事实上，由于石墨烯的性质，在谐振频率和带宽方面的结构性能随着静电偏置场的变化而变化。为了证明该概念在不同频率范围内的适用性，所提供的示例的范围从微波到红外，分别对应于具有几毫米到大约一微米的长度尺度的石墨烯特征。使用全矢量半解析数值技术开发的石墨烯为基础的多层周期性结构的研究，以准确地建模的结果。
2012-10-20 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Coupling-assisted quasi-bound states in the continuum in heterogeneous metasurfaces
本文基于普适耦合模理论，提出了一种异质结构中的连续介质束缚态。我们找到了更一般的物理参数来表示BIC，这是谐振频率和相应的相位的超材料结构。因此，BIC超材料来源于超材料结构的谐振频率和相位的相等，而不仅仅是均匀结构。同时，通过改变超材料结构的几何形状，只要稍微改变超材料结构的谐振频率和相位之一，就可以得到准BIC，而不是均匀结构的对称性破缺。在本文中，我们提供了BIC和准BIC的两个异质结构的一个例子，这两个异质结构是切割线（CW）和开口环谐振器（SRR），以广泛扩展超材料BIC超出常识。此外，我们展示了模拟结果和实验结果来证明我们的想法。
2021-12-03 physics.app-ph physics.optics
Addressable metasurfaces for dynamic holography and optical information encryption
超颖表面能够以前所未有的水平操纵光传播，受益于传统光学元件无法获得的许多优点，例如超紧凑性，深亚波长尺度下的精确相位和偏振控制以及多功能性。在这一领域的最新进展已经见证了过多的功能元表面，从透镜和涡旋光束产生全息。然而，研究工作主要致力于静态设备，仅利用元表面可以提供的机会的一瞥。我们展示了一个动态超颖表面平台，它允许独立的可寻址的亚波长像素在可见光频率，通过控制化学反应的操作。特别是，我们创建先进的光学信息处理和加密的动态元表面全息图。被定制为在氢化/脱氢时表现出分级反应动力学的等离子体纳米棒构成复用超颖表面中的可寻址像素。光、氢、氧的螺旋度和反应持续时间充当加密元表面的多个密钥。一个单一的元表面可以用自定义的密钥解密成多种消息，具有紧凑的数据存储方案以及高级别的信息安全性。我们的工作提出了一种保护和传输机密数据的新途径，其中信息的访问受到高度限制。
2021-04-30 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
Generation of Switchable Singular Beams with Dynamic Metasurfaces
奇异光束由于其独特的光学性质和在光操纵、光通信等领域的广泛应用而受到人们的广泛关注。然而，一直缺乏实用的方案，实现可切换的奇异光束与亚波长分辨率使用的平面和平面光学器件。在这项工作中，我们演示了在可见光频率下利用动态超颖表面产生可切换的矢量和涡旋光束。超颖表面像素的动态功能通过利用镁纳米棒来实现，镁纳米棒在氢化和脱氢时具有等离子体可重构性。我们发现，不同偏振态的可切换矢量光束和不同拓扑电荷的可切换涡旋光束可以通过简单的氢化和脱氢相同的超颖表面来实现。此外，我们展示了一个两个级联的超颖表面计划全息图案切换，从轨道角动量键控的灵感。我们的工作为开发用于防伪应用的高安全性光学元件提供了额外的自由度。
2021-04-30 physics.app-ph physics.optics
Generation of superhelical time-varying OAM beam with space-time-coding digital metasurface
最近提出的利用高次谐波产生的轨道角动量随时间变化的极紫外（EUV）光束为量子激发控制和粒子操纵提供了非常好的工具。然而，这种方法不容易扩展到其他频率范围。在这里，我们设计了一个空时编码的数字元表面工作在微波频率实验产生不同模式的时变OAM。我们还介绍了一个概念的超螺旋度的时变OAM与高阶扭曲的波前结构，这可以进一步实现通过超颖表面的反射相位剖面在时间上的非线性。通过开发一种双探针测量技术，我们动态地映射OAM场模式随时间变化。提出的超螺旋时变OAM光束为粒子操纵和OAM复用通信铺平了道路。
2022-09-23 physics.app-ph physics.optics
Electro-Optic Modulation in Polycrystalline Barium Titanate Metasurfaces Enhanced by Poling
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本研究通过多晶BTO金属表面的铁电畴取向增强，实现了高效的电光调制，展示了在亚伏特驱动下的高调制强度和高频率性能。
2026-01-28 physics.app-ph 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
Dynamic control of mode modulation and spatial multiplexing using hybrid metasurfaces
设计能够动态控制散射电磁波并工作在近红外（NIR）和光学区域的可重构超表面仍然是一项具有挑战性的任务，这受到静态材料性质和固定结构的阻碍。相变材料（PCM）可以在非晶态和晶态之间提供高对比度的光学折射率，因此有望作为可重构超表面的可行材料。在这里，我们提出了一种混合超颖表面，可以任意调制入射光的复振幅均匀的振幅和充分的$2π$相位覆盖，利用复合同心环（CCR）与不同比例的金和PCM。我们设计的超颖表面具有双功能，能够分裂光束或产生涡旋光束的金属和半导体状态的氧化钒（VO2）之间的热切换，分别。它可以很容易地集成到具有超小尺寸的低损耗光子电路中。我们的元器件作为一个新的范例，主动控制光束，这可能会打开新的机会，信号处理，存储器存储，全息和防伪。
2020-02-10 physics.app-ph 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
Tunable and broadband coherent perfect absorbers with nonlinear and amplification performance based on asymmetric bifacial graphene metasurfaces
提出了一种非对称双面石墨烯超颖表面，实现了太赫兹（THz）波段的可调谐宽带相干完全吸收（CPA）。所提出的设计是由两个不同的石墨烯方形贴片超颖表面堆叠在一个介电基板。非线性CPA性能，而不诉诸光学非线性和放大的基础上发生的波干涉现象沿和内部的亚波长结构。在单波照明的情况下，得到了两个方向的宽带非对称反射。该响应充当所呈现的可调谐和宽带非线性CPA性能以及对吸收的逆响应（即，当附加的输入波与相反传播的入射波相干地相互作用时，放大。该器件有望成为光调制器、传感器、光电探测器和全光小信号放大器等新型片上太赫兹通信器件的重要组成部分。
2020-05-25 physics.app-ph physics.optics
Pulse-driven photonic transitions and nonreciprocity in space-time modulated metasurfaces
Cornell University（康奈尔大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；Sandia National Labs（桑迪亚国家实验室）
本研究通过单周期超快脉冲调制实现光子跃迁，消除持续调制需求，展示自由空间波的强非互易性，拓展超快光学技术应用。
2026-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Analytical Framework to Model Reconfigurable Metasurfaces including Lumped Elements
本文提出一种基于Floquet模态展开和等效电路的分析框架，用于高效建模包含集总元件的可重构超表面，适用于宽带斜入射及衍射区，并通过CST验证了其在设计射频微波器件方面的潜力。
2023-07-17 physics.app-ph 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
Near-Field Optical MIMO Communication with Polarization-dependent Metasurfaces
在纳米尺度上控制波的能力已经吸引了人们对光学成像和加密系统中的超表面透镜（metalenses）的相当大的关注。我们提出了一种主动调谐超颖表面的方法，通过将铟锡氧化物（ITO）作为电光可调谐材料的一个单元电池集成到一个可调谐层。一个拟议的设计特点是两个正交的翅膀，可以独立地操纵波与相应的正交偏振。通过调制所施加的偏置电压来改变ITO累积层中的载流子浓度。该偏置电压在太赫兹频率下为反射的横向电极化波和横向磁极化波产生相位变化。可以通过改变偏置电压来移动超透镜的两个焦点而没有任何物理移动。此外，本文探讨了虚拟移动超透镜的一种新的多输入多输出（MIMO）通信架构的应用。我们演示了一个基于单点二进制数据通信和十六进制轨道角动量（OAM）数据通信的通信系统。然后，正交信道可以用于具有高容量的MIMO通信。所提出的设计为高速通信以及偏振控制的分子成像系统铺平了道路。
2022-10-19 physics.app-ph physics.optics
Digital Metasurface Based on Graphene: An Application to Beam Steering in Terahertz Plasmonic Antennas
超材料的二维对应物--超表面，由于其对电磁波的强大操控能力而引起了人们的极大关注。最近出现了各种各样的元表面，不仅展示了无数的功能，而且还展示了可重构的响应。此外，数字或编码元表面通过将设备描述为离散构建块状态的矩阵而彻底改变了该领域，从而与信息理论形成了清晰的平行关系，并开辟了对高级元表面进行建模、组合和（重新）编程的新方法。本文加入了可重构和数字的方法，并提出了一种超表面，利用石墨烯的可调谐性，在太赫兹频率进行光束转向。一个全面的设计方法，包括技术，单元设计，数字超材料合成，和可编程性方面。通过沿着超颖表面平面设置和动态调整相位梯度，所得到的设备实现了在所有实际方向上的波束转向。所提出的设计进行了研究，通过分析模型和数值验证，显示波束宽度和转向误差远低于10度和5%，在大多数情况下。最后，设计准则提取通过涉及元表面的大小和数量的单元格状态的可扩展性分析。
2020-12-20 cs.ET physics.app-ph physics.optics
Efficient single-photon pair generation by spontaneous parametric down-conversion in nonlinear plasmonic metasurfaces
自发参量下转换（SPDC）是产生纠缠关联单光子对的最常用的非线性光学技术之一。然而，它的效率非常差，导致极弱的光子产生速率。在这里，我们提出了一个等离子体超颖表面设计的基础上银纳米条纹结合散装铌酸锂（LiNbO3）晶体，实现一个新的可扩展的，可扩展的，高效的SPDC源。通过使超颖表面的基本和更高阶谐振分别与所生成的信号和空闲频率一致，非线性介质中的电场被显著地增强。这导致了SPDC过程的显著增强，随后，通过使用量子经典对应原理，SPDC过程转化为非常高的光子对产生速率。与相关的电介质结构相反，发射的辐射是高度定向的并且垂直于超颖表面。圆偏振激发的结合进一步增加了光子对产生效率。所提出的工作将导致设计在室温下工作的新的有效的SPDC单光子纳米光子源，预计将成为自由空间量子光通信的关键部件。在更广泛的背景下，我们的研究结果可以在量子等离子体激元学的新兴领域中找到各种应用。
2021-11-18 physics.optics quant-ph
Achieving Optical Refractive Index of 10-Plus by Colloidal Self-Assembly
本研究通过聚合物配体介导的胶体自组装技术，将多面体金纳米颗粒组装成大面积紧密堆积单层，利用深亚波长电偶极子共振和电容耦合，在光学频率下实现了创纪录的10.12高折射率。
2024-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topology optimized multi-functional mechanically reconfigurable meta-optics studied at microwave frequencies
超颖表面通过减小光学元件的厚度并将多种功能合并到单层器件中来推进光学领域。然而，这通常会降低性能，特别是对于多功能和宽带应用。三维亚结构可以为高级应用提供必要的自由度，同时保持最小厚度。这项工作探讨了3D机械可重构设备，执行聚焦，光谱解复用，和偏振排序的基础上机械配置。作为概念验证，可旋转设备、拉胀设备和基于剪切的设备是用基于伴随的拓扑优化设计的，3D打印的，并在微波频率（7.6-11.6 GHz）下在消声室中测量。
2020-10-29 physics.app-ph physics.optics
