Broadband Low-Frequency Near-Perfect Sound Absorber via Coupled Metasurfaces
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
通过耦合超材料设计宽带低频近完美声吸收器，利用双谐振器结构实现高效宽带吸收，无需复杂多谐振器组装。
2025-11-27 physics.app-ph physics.optics
Controlling Thermal Emission by Parity-symmetric Fano Resonance of Optical Absorbers in Metasurfaces
在本研究中，我们设计了一种基于Al/SiN/Al纳米夹层光吸收体的超颖表面。宇称对称暗磁共振模式，反对称亮磁共振模式，和表面晶格模式同时建立在这样的元表面。通过改变结构参数，暗模式的波长可以被调谐为与晶格模式重叠。Fano共振是由暗模和晶格模之间的耦合引入的。角分辨热辐射实验表明，Fano共振引起的热辐射具有窄的光谱波长和定向辐射角。本文提出的风扇型热发射器有可能作为未来的相干红外线光源。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Coherently time-varying metasurfaces
已知的相干超表面控制给定频率的波与相同频率的其他相干波的干涉，或者从不同方向照射或者作为互调产物产生。在本文中，我们介绍了一类超颖表面的时间调制相干的照明辐射。重要的是，这种调制开启了控制多个频率的反射、吸收和透射的可能性，包括两个或更多个非相干波的照明。特别是，我们研究动态电阻层，并展示如何使用它们来设计薄的多频完美的吸收器，克服静态线性吸收器的带宽限制。此外，我们证明了远程调谐的吸收水平的可能性。我们希望这项工作开辟了新的途径，在波工程使用相干调制的元表面参数。
2023-03-21 physics.app-ph physics.optics
Designing Dual-Band Absorbers by Graphene/Metallic Metasurfaces
本文提出了一种新的方法，用于设计基于石墨烯和金属超颖表面的双波段吸收器，分别用于太赫兹和中红外波段。该吸收器是由一个二维（2D）阵列的方形贴片沉积在介电薄膜终止的金属板。利用解析电路模型，我们得到了实现双波段吸收体的结构参数之间的闭合关系。两个吸收带获得的吸收率为98%，在0.55和1.54太赫兹的石墨烯基结构和7和25太赫兹的金属基的情况下实现。我们证明了石墨烯基吸收剂在很宽的费米能级范围内保持为双带。此外，所提出的双波段吸收器具有偏振不敏感的特性，在很宽的入射角范围内保持。与以前报道的结构相比，该装置最重要的优点是其简单性。
2019-02-25 physics.optics
Ultra-fast Graphene-Plasmonic Hybrid Metasurface Saturable Absorber with Low Saturation Fluence
提出基于亚波长厚度石墨烯-等离子体混合超表面的饱和吸收体设计，通过激发纳米热点非平衡载流子，将饱和通量降低3个数量级并实现超快恢复，为低阈值紧凑型锁模激光器等应用提供新方案。
2023-05-20 physics.app-ph physics.optics
Switchable high-Q light absorbers based on phase-change resonant metasurfaces
China University of Mining and Technology（中国矿业大学）；Ningbo University（宁波大学）
基于相变材料的可重构超材料实现可切换高Q因子光吸收，可在非晶态和晶态间切换，应用于光电探测和热辐射控制。
2026-02-12 physics.optics
Metamaterial Perfect Absorber Analyzed by a Meta-cavity Model Consisting of Multilayer Metasurfaces
我们证明了超材料理想吸收体的行为是一个元腔之间的谐振超表面和金属薄膜反射器的限制。理想的吸收是通过法布里-珀罗腔谐振通过谐振腔的“准开放”边界和反射器的“封闭”边界之间的多次反射来实现的。该模型能很好地解释薄膜的角度无关性、超薄厚度和强场局域化等特性。利用该模型，超材料理想吸收体可以被重新定义为具有高Q值、强场增强和极高光子态密度的超材料腔，从而有望在高性能传感器、红外光电探测器和腔量子电动力学器件等方面获得新的应用。
2017-05-07 physics.optics
Room-temperature mid-infrared detection using metasurface-absorber-integrated phononic crystal oscillator
本研究提出基于铌酸锂声子晶体谐振器与超表面吸收体集成的室温中红外探测器，利用频率偏移实现高灵敏、低噪声探测，并具备大动态范围和可扩展性。
2025-07-09 physics.app-ph physics.optics
Dual-Band Metal-Insulator-Metasurface Absorber
我们探索了一种金属-绝缘体-超颖表面结构，该结构在可见光和红外区域具有几乎完美的吸收率。我们证明了双峰吸收的存在是由于传播的表面等离子体激元和局域表面等离子体激元模式的激发。我们进一步利用激发的简并传播表面等离子体来增强位于超颖表面顶部的发射器的荧光发射。这是通过设计一种超颖表面来实现的，该超颖表面激发具有接近荧光材料的发射波长的共振吸收带的简并模式。这种条件有助于通过在耦合到这种金属-绝缘体-超颖表面结构时产生附加的电子配置来增加发射体的激发和发射速率。这种方法在辐射工程技术中提供了相关的潜力。
2022-09-02 physics.optics
Broadband and energy-concentrating terahertz coherent perfect absorber based on a self-complementary metasurface
本研究提出一种基于自互补棋盘状超表面的宽带聚能太赫兹相干完美吸收器，通过理论分析、数值模拟与太赫兹实验验证其在最低衍射频率下的工作特性，可在深亚波长尺度同时实现宽带运行与电磁波能量聚集。
2017-02-02 physics.optics
Tungsten based metasurface absorber for visible regime
利用太阳能需要光伏电池的完美吸收，以将太阳能有效地转换成有用的电能。超颖表面不仅可以用于有效地吸收太阳能，而且它们以纳米级的结构厚度有效地减小了设备的尺寸。为了实现上述特征，开发了在窄/宽频谱上提供更好吸收的超颖表面吸收器。这些吸收器被制成具有采用可变材料的可变结构，但是仍然不能用简单的二维（在z方向上不变化）结构获得完美的吸收。提出了一种基于钨纳米结构的宽带超颖表面吸收体的模拟实现方法。该设计是二维的、偏振不敏感的、宽带的，并且被预测在归因于钨的高熔点（即3422°C）的高温下给出更好的响应。交叉对准被发现是最佳的钨，因为它是阻抗匹配的自由空间的可见光谱。通过改变十字架的跨度、宽度和高度进一步调整该十字架排列，得到7种不同的优化溶液，平均吸光度大于98%。在这些溶液中，一种溶液的最大平均吸光度为99.3%。
2020-02-03 physics.optics
Direct visualization of non-equilibrium heat extraction by a metasurface absorber
Tokyo University of Agriculture and Technology（东京农工大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）；RIKEN Center for Advanced Photonics（理化学研究所先进光子研究中心）；RIKEN Cluster for Pioneering Research（理化学研究所先锋研究集群）；Gakushuin University（学习院大学）；Tokushima University（德岛大学）
本研究利用红外热成像直接观察超表面吸收体的电磁吸收热提取，通过对比铜板冷却速度证明超表面介导的热传递机制，为非平衡热过程提供新见解。
2026-10-07 physics.optics
A Selective Metasurface Absorber with An Amorphous Carbon Interlayer for Solar Thermal Applications
本文介绍了一种用于太阳能热应用的金属-电介质-金属超颖表面吸收体的制造、测量和建模结果。该结构使用非晶碳作为薄金膜之间的中间层，上层膜使用聚焦离子束蚀刻以2D周期性阵列图案化。该图案已被优化，以提供400- 1200 nm的高吸收率和高于该波长范围的低吸收率，以最大限度地减少热辐射，从而获得更高的温度性能。广角吸收率的结果显示和详细的模拟一个现实的纳米结构的上层结果之间的测量和建模结果非常一致。本文中金的使用是迈向高温超颖表面的第一步，在高温超颖表面中，金可以被其他难熔金属如钨或铬取代。
2016-05-12 physics.optics
Narrowband-to-broadband switchable and polarization-insensitive terahertz metasurface absorber enabled by phase-change material
Yeungnam University（荣州大学）
本文提出一种基于vanadium dioxide的可切换带宽和偏振不敏感的太赫兹元表面吸收体，通过有限元模拟验证其性能，展示了通过控制相变材料实现带宽和吸收率调节的能力。
2026-05-07 physics.optics
Application of metasurface description for multilayered metamaterials and an alternative theory for metamaterial perfect absorber
我们分析了单一和多层的超材料建模每一层作为一个元表面与有效的表面电和磁化率通过薄膜近似。采用传输矩阵方法，这些超表面可以组装成多层超材料，以实现某些功能。我们数值证明，这种方法提供了一种替代的解释超材料为基础的完美吸收，显示的基本机制是一个修改后的法布里-珀罗共振。该方法提供了一种适用于解耦或弱耦合多层超材料的通用方法。
2011-11-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Compact broadband thermal absorbers based on plasmonic fractal metasurfaces
提出一种利用强烈局域电磁模式的紧凑型等离激元分形超表面，在6至14微米波长范围内实现高效宽带热辐射吸收，为下一代红外传感器和测辐射热计提供了新途径。
2025-06-26 physics.optics
Broadband Absorbers and Selective Emitters based on Plasmonic Brewster Metasurfaces
我们讨论了基于适当图案化的等离子体亚结构实现超宽带全向吸收器和角度选择性相干热发射器的可能性。而不是依赖于固有限制带宽的共振浓度效应，我们的设计基于两个固有的非共振效应的组合：等离子体布鲁斯特函数和绝热等离子体聚焦。通过这种方法，我们展示了跨越太赫兹，红外和光学频率的紧凑，宽带吸收和发射，非常适合各种能源和国防应用。
2012-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Flexible terahertz metasurface absorbers empowered by bound states in the continuum
本文利用连续域束缚态（BICs）设计柔性太赫兹超表面吸收器，通过时间耦合模理论、多极与拓扑分析揭示BIC辐射特性，实现吸收系数、带宽和视场的可定制及多频带吸收。
2024-05-06 physics.optics
Metasurfaces help lasers to mode-lock
超表面可饱和吸收体可导致多功能锁模，其允许在光纤到固体激光器腔中获得具有高重复率和峰值功率的稳定超短激光脉冲以及宽带操作。
2020-04-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Tunable and Broadband Coherent Perfect Absorption by Ultrathin Black Phosphorus Metasurfaces
黑磷（BP）是一种较新的二维等离子体材料，具有独特的光子和电子性质。在这项工作中，我们提出了一种新的可调谐和宽带相干完美吸收（CPA）的太赫兹（THz）频率范围内工作的设备。它是基于一个双面元表面由BP贴片周期性阵列分离的薄介电层。宽带CPA带宽是由于所提出的器件的厚度和BP的非凡性能实现。此外，通过调节两个反向传播的入射波之间的相位差来实现CPA和完全透明之间的实质性调制。CPA的性能可以通过动态改变BP的电子掺杂水平来调节。研究了CPA在垂直和斜向横磁（TM）和电（TE）极化入射波下的响应。推导出了在两种入射偏振和宽的入射角范围内都可以实现CPA。该CPA器件可用于可调谐平面THz调制器、全光开关、探测器和信号处理器的设计。
2019-09-10 physics.optics
Switchable bifunctional metasurfaces: nearly perfect retroreflection and absorption at THz regime
在这里，我们利用二氧化钒（VO2）来设计一个在相同的目标频率下工作的双功能超颖表面。随着温度的升高，由于VO2从绝缘体到导体的相变，所设计的超颖表面的功能可以从多通道后向反射器切换到理想吸收器。与传统的由两个功能简单组合而成的双功能元表面不同，我们提出的双功能元表面是基于两个功能之间的相互作用。该器件显示出良好的波前操纵和光学吸收相结合的潜力，因此提供了一个有前途的方法，可切换的检测和反检测设备。
2020-06-18 physics.app-ph physics.optics
Lithography-free Kirchhoff's Metasurfaces
由材料的纳米层状堆叠构成的无光刻超颖表面不仅由于其光学性质而且由于基于这种结构的器件的制造简单性和成本降低而具有吸引力。我们展示了一种在中红外（MIR）波长范围内具有工程电磁吸收的多层超颖表面。通过实验吸收和热辐射测量以及时域有限差分（FDTD）数值模拟的方式，薄SiO $_2$和Si膜夹在两个Au层的表征。多层超颖表面的光学性质的实验和模拟数据的比较显示吸收/发射应用的指导方针。
2020-03-23 physics.app-ph physics.optics
Unraveling the temperature dynamics and hot electron generation in tunable gap-plasmon metasurface absorbers
在金属纳米间隙中形成的局域等离子体激元可以导致入射光的鲁棒吸收。基于这种效应的等离子体超颖表面可以有效地产生高能载流子，也称为热电子，这是由于它们在受限的亚波长空间中挤压和增强电磁场的能力。然而，准确识别和量化热载流子的动力学是非常具有挑战性的，主要是由于它们的超快时间衰减。它们的非平衡温度响应是理解带隙等离子体超表面的短时衰减和整体瞬态可调谐吸收性能的关键因素之一。在这里，我们系统地研究了热电子的温度动力学和它们的过渡到热载流子在不同的时间尺度从飞秒到纳秒使用双温度模型。此外，热电子的温度和产生率阈值进行了研究，通过使用流体动力学非局域模型的方法，更准确的考虑时，间隙。导出的温度相关的材料特性被用来研究在等离子体激元诱导的晶格加热之前的吸收光谱中的超快瞬态非线性修改，从而建立高效的可调谐纳米光子吸收体设计。我们还研究了这些等离子体吸收剂在各种脉冲激光照射下的损伤阈值，这是一个重要的量，可以用于各种新兴的非线性光学和其他可调纳米光子应用中，以获得最终的输入强度限制。所提出的结果阐明了热电子在间隙等离子体超颖表面吸收体的响应中的作用，该超颖表面吸收体可用于设计更有效的反射器、光致发光器件和光电探测器件。
2022-03-29 physics.optics quant-ph
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
Tunable Mid-Infrared Chiral Selective Absorber Based on Asymmetric V-Shaped Metasurfaces Driven by Chiral quasi-Bound State in the Continum
University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）
提出基于非对称V形超表面的纳米光子器件，利用连续区准束缚态（qBIC）模式实现左/右圆偏振光的高效区分，并通过结构缩放实现共振波长从5200到6200 nm的宽调谐。
2026-06-04 physics.optics
Inverse Design of Realizable Metasurface based Absorbers using Improved Conditioning and Diversity Enhanced Progressively Growing GANs
Centre for Electromagnetics, CSIR-National Aerospace Laboratories（电磁研究中心，国家航空航天实验室）；Birla Institute of Technology and Science, Pilani, Rajasthan（比拉理工学院和科学学院，比里尼）；Indian Institute of Technology, Bombay, Maharashtra（孟买印度理工学院，马哈拉施特拉）
提出一种基于渐进式生长WGAN-GP与特征线性调制条件化的生成式逆向设计框架，结合替代辅助光谱对齐损失和行列式点过程多样性正则化，实现连续光谱约束下物理一致且多样化的超表面吸收体设计。
2026-06-04 cs.CV physics.optics
Plane-wave scattering by self-complementary metasurfaces in terms of electromagnetic duality and Babinet's principle
本文从理论上研究了自互补超颖表面的电磁平面波散射。通过使用巴比涅的原理扩展到元表面与电阻元件，我们表明，频率无关的传输和反射实现垂直入射的圆偏振平面波到一个自互补元表面上，即使有衍射。接下来，我们考虑两类特殊的自互补元表面。我们发现，自互补的超颖表面与旋转对称可以作为相干的完美吸收体，和那些平移对称兼容的自互补可以分裂的入射功率相等，即使是斜入射。
2013-11-22 physics.optics
Implementation of conformal digital metasurfaces for THz polarimetric sensing
监测和控制电磁波的偏振状态对于诸如线性位置感测和医学成像之类的各种基本和实际应用具有重要意义。在这里，我们提出了第一个共形的数字超材料吸收体来检测太赫兹入射波的偏振状态。所提出的偏振仪是能够表征四个独立的偏振态（TE，TM，$\pm {45^\circ}$线性，和RCP/LCP）通过观察相对于x和y方向的结构的反射率。此外，该结构对不同偏振方向的斜入射波在$50^{\circ}$入射角范围内的吸收率均大于90%.通过两个独立的计算机编程的多通道DC网络，仅仅改变两个正交的VO 2微丝的偏置电压，在不同偏振的激励下发生反射波的不同条件，从而可以容易地估计入射波的偏振状态。我们相信，所提出的基于超颖表面的偏振计可以为曲面上的偏振检测应用铺平道路。
2021-01-06 physics.app-ph physics.optics
Inverse Design of Tunable Infrared Metasurface Absorbers via a Conditional Wasserstein Generative Adversarial Network
State Key Laboratory of Integrated Service Networks, Xidian University（西安电子科技大学集成服务网络国家重点实验室）；Air Defense and Antimissile School, Air Force Engineering University（空军工程大学防空反导学院）；Inter disciplinary Center for Quantum Information, College of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University（浙江大学信息与电子工程学院量子信息交叉研究中心）
本文提出基于条件Wasserstein生成对抗网络的反向设计框架，实现可调谐红外超材料吸收体的高效设计，解决多目标优化难题，提升光谱保真度和设计多样性。
2026-02-03 physics.optics
Wavelength-Agnostic Metasurface Design for Next-Generation 2D Photodetectors
该研究探索了结合协方差矩阵自适应优化与严格耦合波分析（RCWA）的复合方法，逆向设计二维光子晶体超表面，实现选定波长/模式下近完美吸收，为高性能二维超表面基器件（如量子技术组件）提供计算高效的设计方案。
2024-11-28 physics.app-ph physics.optics
Kirchhoff's metasurfaces
设计了纳米盘和金属孔阵列等离子体完美吸收体（PPA）超颖表面的热光特性，并在中红外波长下进行了表征。光发射器和检测器系统都被高度重视，用于各种光谱域的物联网中的未来传感器网络。吸光度和发射率的倒数在实验上显示，即，PPA遵循基尔霍夫定律，其中发现表现出强光吸收的图案增强了热辐射。讨论了光热转换器的设计原则和定标方法。Au-Si-Au结构的光-热转换效率和热-辐射转换效率最高。
2018-05-12 physics.optics
Reconfigurable Superdirective and Superabsorptive Aperiodic Metasurfaces
该研究提出非周期加载亚波长散射体阵列理论，通过差异化负载突破Floquet周期约束，实现可重构超指向分束、亚衍射聚焦和超越完美吸收等多功能电磁波操控。
2025-03-18 physics.app-ph 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
Graphene pixel-based polarization-insensitive metasurface for {almost perfect and wideband} terahertz absorption
使用商业软件模拟了超表面对太赫兹波的吸收，该超表面包括由理想电导体支撑的介电衬底顶部的像素化超原子的双周期阵列，每个超原子中的所有或少数像素都用石墨烯修补。在1.16太赫兹宽的光谱范围内，垂直入射的吸收率高达0.99，被发现用于包括元原子的超颖表面，其中只有几个像素用石墨烯修补，无论偏振状态如何。与包括由安装在金属背衬衬底上的绝缘体隔开的两个石墨烯层的超颖表面吸收器相比，石墨烯需求由此减少了三分之二。元原子中像素的数量和尺寸可以改变以适应光谱要求。
2019-11-11 physics.optics
Perfect absorption in GaAs metasurfaces by degenerate critical coupling
增强光学薄半导体材料的吸收是发展高性能光学和光电子器件的关键。本文利用简并临界耦合的概念，设计了一种由独立GaAs纳米柱超颖表面组成的超薄近红外吸收体。数值结果表明，通过叠加两个对称性相反的Mie模可以实现理想的吸收，在其各自的临界耦合态，每个模的理论贡献最大值为50%。吸收也表现出偏振无关和角度不敏感的鲁棒性。这项工作，连同设计概念，开辟了实现高效率的元表面器件，包括光发射器，调制器，检测器和传感器的巨大机会。
2021-03-30 physics.optics
Funneling and Sculpting of Optical Waves Through Non-Magnetic Metasurfaces
Chapman University（查普曼大学）
研究如何通过非磁性超表面实现光波的漏斗效应和塑形，采用基于电磁厚自对偶超表面的非共振方法，满足自对偶条件实现阻抗匹配传播与无反射能量转移，为电磁能量路由和限制提供策略，有广泛潜在应用。
2026-07-08 physics.optics
Ultrathin Broadband Metasurface Superabsorbers from a van der Waals Semimetal
在可见光和近红外（NIR）中工作的超材料和超表面为下一代用于太阳能收集的光电探测器和器件提供了一条有前途的路线。虽然已经证明了许多使用金属和半导体的超材料和超表面，但在可见-NIR范围内的基于半金属的超表面明显缺失。在这里，我们实验证明了宽带超颖表面超吸收剂的基础上大面积，半金属，范德华PtSe 2薄膜与电磁模拟。我们的研究结果表明，PtSe 2是一种可扩展的半金属，同时具有高指数和高消光在整个可见-近红外范围。因此，由电介质间隔物分隔的反射器上的薄膜PtSe 2可以在400-900 nm范围内吸收> 85%的未图案化情况和~ 97%的优化的2D超颖表面，使其成为迄今为止最强和最薄的宽带完美吸收体之一。我们的研究结果提出了一个可扩展的方法，光电探测和太阳能收获，展示了实际效用的高指数，高消光半金属纳米光学。
2022-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Gradient metasurfaces: a review of fundamentals and applications
随着对超材料的深入研究，二维模拟物（称为超表面）近年来吸引了越来越多的关注，因为它易于制造和插入损耗较小，同时能够对透射和反射光场的空间分布进行前所未有的控制。超表面表示谐振亚波长元件的光学薄平面阵列，其可以以严格或准周期性方式或甚至以非周期性方式布置，这取决于要在它们的帮助下模制的目标光学波前。本文综述了超颖表面的一个广泛的子类，即梯度超颖表面，这是设计来表现出空间变化的光学响应，导致空间变化的振幅，相位和偏振的散射场。从介绍梯度元表面的概念入手，从响应的角度对不同的元表面进行了分类，区分了电偶极元表面、几何元表面、反射元表面和惠更斯元表面。然后讨论实现超颖表面所必需的基本构建块，以阐明等离子体和纯电介质超颖表面的各种物理实现的基本物理。然后，我们概述了梯度超颖表面的主要应用，包括波片，平面透镜，螺旋相位板，宽带吸收，彩色印刷，全息图，偏振计和表面波耦合器。评论结束了一个简短的一节最近开发的非线性元表面，然后展望未来可能的发展和前景，为未来的应用提出我们的看法。
2017-08-21 physics.optics
Optical absorbers based on strong interference in ultra-thin films
光学吸收剂在电磁波谱的广泛应用中找到用途，包括光伏和光化学电池、光电探测器、滤光器、隐形技术和热光源。最近的努力试图通过使用等离子体、超材料和超表面的新兴概念来减少传统上基于梯度结构或法布里-珀罗型腔的光学吸收器的占用空间。不幸的是，这些新的吸收体设计需要在亚波长长度尺度上图案化，因此对于许多大规模光学和光电子器件是不切实际的。本文综述了近年来基于损耗薄膜的光吸收材料的研究进展，损耗薄膜的厚度远小于入射光波长。这些结构具有小的占地面积并且不需要纳米级图案化。我们概述了这些吸收剂的理论基础的基础上“超薄薄膜干涉”，包括损耗引起的相移和临界耦合的概念，然后提出了几个应用，包括超薄彩色涂层，装饰photoproteics，高效光化学电池，和红外场景发生器。
2016-06-17 physics.optics
Plasmonic Metal Oxide Nanocrystals as Building Blocks for Infrared Metasurfaces
本研究借助实验与仿真方法，探究自组装等离子体金属氧化物纳米晶体超材料的光学特性机制，利用其宽频近零介电响应等特性设计出可调红外完美吸收器，为红外光学组件设计提供广阔空间。
2024-09-23 physics.app-ph physics.optics
Tailoring the Thickness-Dependent Optical Properties of Conducting Nitrides and Oxides for Epsilon-Near-Zero-Enhanced Photonic Applications
新兴的光子材料-导电氮化物和氧化物-的独特性质，特别是它们的可定制性，大的损伤阈值，以及所谓的ε近零（ENZ）行为，使新的光子现象跨越光学电路，可调超颖表面和非线性光学器件。这项工作探讨了直接控制的多晶氮化钛（TiN）和铝掺杂氧化锌（AZO）的光学性能，通过定制的薄膜厚度，和他们的潜力ENZ增强的光子应用。我们表明，氮化钛AZO双层作为Ferrell Berreman超颖表面厚度可剪裁的ε近零共振的AZO薄膜中操作的电信波长从1470到1750 nm。双层堆叠也充当强光吸收器在紫外线制度采用辐射ENZ模式和法布里-珀罗模式的组成TiN膜。所研究的Berreman超颖表面表现出15%的光致反射调制与皮秒响应时间。结合导电氧化物和氮化物的光学响应可定制性，利用可调谐ENZ区域附近的场增强可以实现广泛的非线性光学现象，包括全光开关，时间折射和高次谐波产生。
2022-03-26 physics.app-ph physics.optics
Sensing with THz metamaterial absorbers
从微波到电磁波谱的光学部分的超材料完美吸收器由于其吸收电磁辐射的能力而被深入研究。超材料对光的完美吸收为面向应用的功能（如高效传感器和发射器）开辟了新的机会。我们提出了一种基于吸收体的太赫兹频率传感方案，并讨论了优化设计，以实现高频率和幅度的灵敏度。作为传感器的理想超材料吸收体的主要优点是吸收体共振频率的灵敏偏移以及共振振幅的急剧变化，这是由于分析物与处于共振理想吸收频率的电场和磁场的强相互作用。我们比较了完美的超材料吸收体的传感性能与其互补的结构设计和平面超表面具有相同的结构。对于这里的吸收体传感器获得的最佳FoM值是2.67，我们发现其显著高于相同的平面超材料谐振器设计。我们进一步表明，传感器的灵敏度取决于分析物的厚度与获得的最佳灵敏度值接近λ/4 n的厚度，λ是自由空间共振波长和n是分析物的折射率。由于几种材料在太赫兹频率下具有独特的光谱特征，因此超材料吸收体作为太赫兹光谱域中的传感器的应用将具有巨大的意义。
2014-08-16 physics.optics
Leveraging Plasmonic Nanocavity Arrays Forming Metasurfaces to Boost Second Harmonic Generation due to Surface Effects
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Applied Research Labs, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室）；University of Memphis（孟菲斯大学）
本文通过等离子体纳米腔阵列形成的超材料，利用钛氧化物的表面非线性极化效应显著增强二次谐波生成。
2025-12-16 physics.optics
Design and Analysis of a Vanadium Dioxide-Based Ultra-Broadband Terahertz Metamaterial Absorber
本文设计并分析了一种基于VO2的超宽带太赫兹超材料吸收体，利用VO2相变实现动态调控，平均吸收率达98.15%，带宽5.38 THz，具有偏振不敏感和结构简单的优势。
2025-08-07 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Metadevice for intensity modulation with sub-wavelength spatial resolution
对光束传播的有效连续控制需要具有小于光波长的像素的光调制。在这里，我们提出了一个空间强度调制器的亚波长分辨率在一维。该元器件结合了可重构纳米膜超材料和超表面相干全光控制的最新进展。它使用纳米机械驱动放置在镜子附近的超颖表面吸收带，以控制它们与光的相互作用，从完美的吸收到可忽略的损失，有望实现动态光束衍射，光聚焦和全息而没有不必要的衍射伪影。
2016-10-21 physics.comp-ph physics.optics
Nonlinear graphene metasurfaces with advanced electromagnetic functionalities
光学非线性效应可以提供不同的先进的电磁功能，如波混频和相位共轭，可以应用于各种新的应用。然而，这些效应通常具有极弱的性质，并且需要高输入强度值才能被激发。有趣的是，石墨烯的大的三阶非线性，以及源于其等离子体行为的强场约束，可以用来增强在红外（IR）和太赫兹（THz）频率的几个相对弱的非线性效应。为了实现这一目标，在这项工作中提出了各种非线性石墨烯超颖表面，以有效地提高不同光学非线性效应的效率，从而降低需要激发的所需输入强度。特别是，我们将表明，四波混频（FWM）的效率可以提高几个数量级，通过使用由图案化的石墨烯带，介电夹层，和作为衬底的金属反射器组成的非线性超颖表面。我们还证明了自相位调制（SPM）的非线性过程可以通过使用替代的石墨烯非线性超颖表面，作为相干完美吸收体，导致该结构的相干完美吸收（CPA）效应的谐振频率的显著偏移作为入射波的输入强度的增加来增强。这个属性将提供一个健壮的机制来动态地调整和切换CPA过程。此外，它将提出，由于另一个非线性过程，称为相位共轭的增强，可以通过单个石墨烯单层膜实现强负反射和折射。这种非线性过程被设想用于构建具有亚波长分辨率的完美成像设备。
2020-01-12 physics.optics
Maximal single-frequency electromagnetic response
现代纳米光子和元光学器件利用大量的结构自由度来增强光-物质相互作用。一个根本问题是，这种增强能有多大。我们开发了一个分析框架，以获得上界的单频电磁响应，在近场和远场制度，任何材料，自然结合的串联效应的材料和辐射引起的损失。我们的框架依赖于一个功率守恒定律的极化场在任何散射体。它统一了以前的光学散射边界理论，并揭示了最佳纳米光子设计的新见解，其应用包括远场散射，近场局域态密度工程，最佳波前整形和完美吸收体的设计。我们的边界预测惊人的大的最小厚度为任意图案化的完美的吸收体，范围从50- 100 nm的典型材料在可见光波长的微米级厚度的极性吸收体在红外波长。我们使用逆设计发现超颖表面结构接近最小厚度的完美吸收体的界限。
2020-11-12 physics.optics
Extremely thin perfect absorber by generalized multipole bianisotropic effect
本文通过在无损介质谐振器中掺入极少量有损金属诱发广义多极双各向异性，实现波长厚度比达25,000的单向太赫兹完美吸收体。
2023-08-14 physics.optics
Imaginary Gauge Fields for One-Way Transparency and Absorption in a Passive Metasurface
New Cornerstone Science Laboratory, Department of Physics, University of Hong Kong（香港大学新cornerstone科学实验室）；School of Physics and Optoelectronics, South China University of Technology（华南理工大学物理与光电学院）；School of Engineering, University of Birmingham（伯明翰大学工程学院）；State Key Laboratory of Optical Quantum Materials, University of Hong Kong（香港大学光学量子材料国家重点实验室）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；Materials Innovation Institute for Life Sciences and Energy (MILES), HKU-SIRI, Shenzhen（深圳港大-深港研究院生命科学与能源材料创新研究所）；Department of Electrical & Electronic Engineering, University of Hong Kong（香港大学电子电气工程系）
该研究利用虚人工规范场，通过旋磁元件与亚波长金属谐振器合成磁电响应，实现偏振无关超表面，达成单向透射超80%、反向吸收超80%的非互易性能，为无源非互易器件提供新途径。
2026-08-18 physics.optics
Mirror-coupled plasmonic bound states in the continuum for tunable perfect absorption
定制临界光-物质耦合是纳米光子学的一个基本挑战，影响了从高次谐波产生和能量转换到表面增强光谱学的各个领域。等离子体完美吸收体（PA），其中谐振天线耦合到相邻金属膜中的镜像，已经有助于通过调谐天线-膜距离来获得不同的耦合机制。然而，对于片上应用，理想的PA间隙尺寸只能匹配一个波长，宽范围多光谱方法仍然具有挑战性。在这里，我们介绍了一个新的范例，通过结合镜像耦合共振的等离子体激元束缚态在连续（BIC）的独特的损失工程能力的等离子体激元PA。我们的BIC驱动PA平台利用组成元原子的不对称性作为达到临界耦合（CC）条件的额外自由度，在中红外区提供具有单位吸光度和接近100的高品质因数的共振。这样的平台保持灵活的调谐旋钮，包括不对称参数、介电间隙和几何比例因子，以精确地控制耦合条件、谐振频率以及磁场和电场的选择性增强，同时保持CC。我们展示了一个像素化的PA metasurface与最佳的吸收范围广泛的中红外频率（950 ~ 2000 1/cm），仅使用一个单一的间隔层厚度，并将其应用于多光谱表面增强分子光谱在定制的耦合制度。我们的概念大大扩展了传统间隙调谐PA的功能和灵活性，为小型化传感平台向片上和原位检测开辟了新的前景。
2022-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
