Experimental Verification of Reflectionless Wide-Angle Refraction via a Bianisotropic Huygens' Metasurface
我们报告的设计，制造和表征的双各向异性惠更斯超颖表面（BHMS）的折射垂直入射光束向71.8度。如前所示，需要所有三个BHMS自由度，即电极化率、磁极化率和Ω型磁电耦合，以确保对于这种广角阻抗失配不发生反射。单元电池由三层金属层组成，形成印刷电路板（PCB）结构。所制造的BHMS的特征在于在准光学设置，用于准确地评估镜面反射。随后，喇叭照明BHMS的辐射图案在远场室中测量，以评估设备的折射特性。测量结果表明，BHMS具有可忽略的反射，并且大部分散射功率耦合到所需的Floquet-Bloch模式。据我们所知，这是第一次实验证明这样一个无反射的广角折射超颖表面。
2017-03-20 physics.optics
A Combined Machine-Learning / Optimization-Based Approach for Inverse Design of Nonuniform Bianisotropic Metasurfaces
基于远场约束的电磁元表面设计，而不需要对元表面两侧的场的完全了解，通常是一个耗时且迭代的过程，其严重依赖于物理学和自组织方法。本文提出了一种端到端的系统和有效的方法，其中设计者输入高级远场约束，如零点，旁瓣电平和主波束电平;并返回一个3层非均匀无源，无损，欧米茄型双各向异性电磁元表面设计，以满足它们。实现远场准则的表面参数，发现使用交替方向的乘子法的均匀化模型来自矩量法。该模型考虑了有限表面的边缘效应和非均匀阻抗片中的互耦效应。通过与基于机器学习的代理模型集成的物理单元格空间的优化用于从物理元原子（或单元格）设计实现期望的表面参数。两个无源无损的例子与不同的馈电系统和远场约束，以证明这种方法的有效性。
2021-05-28 physics.optics
Applications and Potentials of Reciprocal Bianisotropic Metasurfaces
我们讨论了不同的应用和潜力的倒易双各向异性超颖表面，包括均匀和梯度超颖表面，特别是各向异性，手性，和欧米茄属性。在解析分析的基础上，讨论了非对称同偏振和交叉偏振反射和/或透射、偏振转换和旋转、非对称吸收等的必要条件。
2018-11-10 physics.app-ph physics.optics
Refraction efficiency of Huygens' and bianisotropic terahertz metasurfaces
超表面是一种实现复杂波操纵功能的技术，包括在太赫兹频率范围内，它们有望推进安全，成像，传感和通信技术。对于传输操作，通常使用惠更斯的超颖表面，因为它们与周围介质的良好阻抗匹配最小化反射并最大化传输。最近的理论工作表明，惠更斯的超颖表面是非最佳的，特别是对于大的折射角，并且为了消除反射和虚假衍射光束，有必要使用双各向异性超颖表面。然而，考虑到在用真实元原子实现元表面设计时出现的所有非理想特征，当使用双各向异性元表面时，效率改进的显著性还有待证明。在这里，我们比较了具体的太赫兹超颖表面设计的基础上惠更斯和欧米茄型双各向异性的方法，证明异常折射角为55度，和70度。我们表明，对于55度的较低角度，当使用双各向异性设计时没有显著的改善，而对于70度的折射，双各向异性设计显示出更高的效率和折射到设计方向的保真度。我们还证明了近场相互作用所造成的强扰动，细胞之间和细胞内，我们使用数值优化补偿。
2018-12-11 physics.app-ph physics.optics
Efficient GSTC-FDTD Simulation of Dispersive Bianisotropic Metasurface
本文提出了一种简单有效的模拟色散（Lorentz-Debye）双各向异性超颖表面的时域有限差分（FDFD）方法。该方案取代了传统的FDTD更新方程的增广更新方程的元表面的效果，定位在一个虚拟节点（或节点平面）的Yee网格，是占明智地选择辅助偏振功能，基于广义片过渡条件（GSTC）。该方案是计算-时间和内存明智的-更有效，更容易实现比以前报告的计划分散元表面。通过三个实例进行了验证。
2018-08-21 physics.app-ph physics.optics
Polarization switching of quasi-trapped modes and near field enhancement in bianisotropic all-dielectric metasurfaces
提出了一种实现电、磁准陷阱模位于同一谱位置的一般策略。这种策略的应用使得设计超颖表面成为可能，通过改变入射光波的偏振态，可以在电和磁准捕获模式之间切换。所开发的策略是基于两个阶段：应用偶极子近似确定的条件所需的实施被困模式和创建的能量通道，通过引入弱双各向异性的纳米粒子的激发。由于俘获模式的激发导致超颖表面平面中的电能和磁能的集中，因此偏振切换提供了在亚波长尺度上改变和控制光能的定位和分布的可能性。我们展示了一个实用的方法，光谱调谐的准陷阱模式的超颖表面组成的纳米粒子与预先选定的形状。作为例子，分析和讨论了由硅三角棱镜组成的超颖表面的光学特性。
2021-08-04 physics.optics
Arbitrary power-conserving field transformations with passive lossless omega-type bianisotropic metasurfaces
我们提出了一个通用的理论，用于设计现实的欧米茄型双各向异性超颖表面（O-BMS），解锁其全部潜力的电磁场成型。这些超颖表面，其特征在于电表面阻抗，磁表面导纳，和磁电耦合系数，以前被认为是波前操纵。然而，以前的报告主要考虑平面波激励，实现包括繁琐的金属功能。在这项工作中，我们证明了任何场变换，局部保存实功率可以实现通过被动和无损的元原子特征在于封闭形式的表达式，这允许严格纳入任意源和散射配置。随后，我们表明，O-BMS元原子可以使用三个阻抗片的非对称堆叠来实现，这是一种用于印刷电路板制造的吸引人的结构。我们的公式表明，相对于惠更斯的超颖表面（HMS），表现出可忽略的磁电耦合，O-BMS不限于控制传输场的相位，而是可以实现高水平的控制反射场的振幅和相位。这是通过设计O-BMS无反射广角折射，独立的表面波引导，和一个高方向性的低剖面天线，验证了全波模拟。这种简单的方法有利于发展的O-BMS为基础的设备，用于控制近场和远场的任意源在复杂的散射配置。
2016-07-06 physics.optics
Electromagnetic characterization of bianisotropic metasurfaces on refractive substrates: General theoretical framework
我们提出了一个一般的方法，电磁均匀化和表征的双各向异性超颖表面形成的两个不同的各向同性介质的界面处的小的任意夹杂物的规则或随机排列。这些拓扑结构可以提供对入射电磁波的最一般的电和磁表面束缚偶极响应。该方法统一和概括了两个研究小组独立开发的早期理论：联合教授小组。霍洛威和库斯特以及教授联合小组。Simovski和Tretyakov。我们演示了使用这两种形式主义在几个例子的情况下，并讨论了这两种方法之间的差异。此外，我们推广了位于两种不同介质之间的界面或衬底上的双各向异性超颖表面的已知理论。广义框架允许表征周期性或无定形超颖表面。所发展的分析理论可用于各种应用的元表面的分析和合成。
2015-11-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Generalized Brewster Effect using Bianisotropic Metasurfaces
我们表明，适当设计的双各向异性超颖表面放置在两个任意不同的介质之间的界面，或涂层暴露在空气中的电介质，提供布鲁斯特（无反射）传输在任意角度和TM和TE偏振。我们提出了一个严格的推导相应的表面磁化率张量的基础上的广义片过渡条件（GSTC），并证明了系统与平面微波超颖表面设计的偏振无关和方位角无关的操作。此外，我们发现，这样的系统导致工程阻抗的有效折射介质的概念。所提出的双各向异性超颖表面为初始失配的介质提供了深亚波长匹配解决方案，或者导致常规菲涅耳系数的按需操纵的可能性。报道的广义布鲁斯特效应代表了光学技术的一个根本性进步，它既可以提高传统元件的性能，又可以开发新型器件。
2020-12-11 physics.app-ph physics.optics
Classification of bianisotropic metasurfaces from reflectance and transmittance measurements
在使用超颖表面的基本电磁特性后，我们建立了一个平台来从典型的实验测量中对互反双各向异性超颖表面进行分类，并确定各向同性、各向异性、双各向同性（手性）和双各向异性（所谓的欧米茄）特性。我们提供了实验指南，以确定通过测量宏观散射参数，即每一类，在具有线性和/或圆偏振的平面波照射下的反射和透射系数。我们明确地提供了一个配方，什么metasurface属性可以和不可以推断通过选择的偏振，反射和透射特性。我们还澄清了常见的混乱的分类各向异性与手性超颖表面的圆二色性测量的基础上，在最近的文献。
2022-09-19 physics.app-ph physics.atm-clus physics.optics
Topology-Driven Design of Bianisotropic Metasurfaces Through Knot-Particles
本研究利用结粒子的固有拓扑实现单层双各向异性超构表面调控，推导了无需数值优化的设计规则，验证了三叶结的强手性特性，并提出3D打印及PCB兼容的制备方案。
2025-03-20 physics.app-ph physics.optics
Design, Concepts and Applications of Electromagnetic Metasurfaces
本文综述了我们最近的工作，合成的元表面和相关的概念和应用。该合成是基于广义片过渡条件（GSTC）与双各向异性表面磁化率张量模型的metasurface结构。我们首先将元表面在一个适当的历史背景下，并描述了GSTC技术与一些基本的磁化率张量的考虑。在此基础上，我们接下来提供了我们的结晶性GSTC合成技术的深入发展。最后，我们提出了五个最近的超表面的概念和应用，其中包括主题的双折射变换，双各向异性折射，光发射增强，远程空间处理和非线性二次谐波产生。
2017-12-02 physics.optics
Emulating Bianisotropic Coupling Through Coherent Illumination
互易双各向异性超颖表面的主要优点之一是它们能够产生不对称散射，这取决于它们从哪一侧被照射以及圆偏振照射的手性。对于大多数应用，这些超表面被设计为一次由单个光源照明。所得到的双各向异性超颖表面具有特定且通常复杂的几何结构，其确保在各种照明下产生预期的散射。在这里，我们表明，超颖表面的几何不对称性可以通过使用非双各向异性层在相干照明的存在下，这使我们能够复制和光学控制所需的不对称散射和手性效应来模拟。特别是，这个概念是在模拟平面波的180 $^\circ$混合结所需的非对称散射的例子上开发的。我们表明，该设备可以实现使用双各向异性超颖表面或一组简单的片材与电响应下同时照明两个相干波。
2023-01-12 physics.app-ph physics.optics
Recent Advances in Bianisotropic Boundary Conditions: Theory, Capabilities, Realizations, and Applications
近年来，通过引入双各向异性超颖表面，已经实现了新的功能和前所未有的波前控制。双各向异性超颖表面的特征在于电响应、磁响应和电磁/磁电响应。一般来说，这些超颖面由位于亚波长厚的主介质内的金属或电介质颗粒的阵列组成，并且被近似和建模为沿着表面限定的无限薄的理想化片边界。一个适当的片边界条件，有效地模拟切向场的不连续性，由于阵列的磁电夹杂物是广义片过渡条件或GSTC。GSTC的几种形式出现在文献中。在这里，我们介绍每一种解释，并说明它们是如何相互关联的。概述了每种形式独特的合成方法。通过在超颖表面设计中利用GSTC，出现了新的可能性，这是传统的设计技术不可能仅包含电或磁响应的。由于超颖表面是使用双各向异性边界条件设计的，因此必须使用包含磁电响应的粒子来实现。这篇综述文章讨论了使用GSTC的超颖表面的设计，以及用于实现GSTC的双各向异性粒子。此外，它讨论了新的和最近的应用程序，已经出现了由于双各向异性，和未来的前景，在元表面设计使用双各向异性边界条件。其目的是提供一个全面的概述元表面设计涉及双各向异性和这篇评论文章作为一个起点的工程师和科学家，希望引入到元表面设计的双各向异性。
2021-10-16 physics.app-ph physics.optics
Diverse surface waves supported by bianisotropic metasurfaces
结构化金属表面（即超颖表面）支持的表面波近年来引起了广泛的关注。它们有希望用于各种应用，从集成光子电路到各种频率范围内的成像和生物传感。在这项工作中，我们表明，不同的偏振配置的表面状态可以支持由一个单一的层的双各向异性超材料元件组成的超表面。该结构具有D2 d对称性，包括xz和yz平面内的镜像对称性，以及沿y = +-x轴的C2旋转对称性。由于这种独特的对称性，超表面支持沿kx和ky方向的横向电场（TE）和横向磁场（TM）波，而沿ky = ±-kx方向的纯纵向模式和椭圆偏振横向电磁（TEM）模式。超表面上的表面模式的多功能性可能导致新的表面波现象和器件应用。
2022-03-23 physics.app-ph physics.optics
Strong Mode Coupling via Quasi-Bound States in the Continuum in Bianisotropic Metasurfaces
Nanophotonics Technology Center, Universitat Politècnica de València（纳米光子技术中心，瓦伦西亚理工大学）；Department of Electronics and Nanoengineering, Aalto University（电子与纳米工程系，阿尔托大学）
本文提出一种简洁通用的时间耦合模理论模型，研究双折射超材料中通过准束缚态连续体实现强模式耦合，揭示了双频非对称反射和吸收的物理机制，并验证了强互易双折射的实现。
2025-12-09 physics.optics
A Discrete Fourier Transform-Based Framework for Analysis and Synthesis of Cylindrical Omega-bianisotropic Metasurfaces
本文提出了一个框架，用于分析和设计圆柱欧米茄双各向异性超颖表面，模式匹配和数字信号处理技术的启发。使用离散傅立叶变换，我们分解的电磁场分布到正交的圆柱模式和转换的方位角变化的超颖表面组成参数到它们各自的频谱。然后，通过调用适当的边界条件，我们建立系统的代数方程组，可以重新排列，以预测预先指定的元表面的散射场，或合成元表面支持任意规定的场变换。所提出的框架有利于有效地评估满足局部功率守恒的场分布，这是被动和无损标量元表面设计的关键难点之一。它代表了一个有前途的解决方案，以规避在许多国家的最先进的共形超表面为基础的设备的有源组件，受控的功耗，或张量表面极化率的需要。为了证明所提出的技术的鲁棒性和多功能性，我们设计了几个设备用于不同的应用程序，并使用有限元模拟进行数值验证。
2020-11-19 physics.class-ph physics.optics
Computational Analysis of Metasurfaces
超表面代表了现代科学技术中最具活力的领域之一。超颖表面是一种复杂的电磁结构，其通常厚度为深亚波长，横向尺寸为电学大，并且由具有极小特征的亚波长散射颗粒组成;它通常可以是双各向异性的，空间变化和时间变化的，非线性的，弯曲的和多物理场的。由于这种复杂性，元表面的设计需要一个整体的方法，涉及协同合成和分析操作，基于一个坚实的模型。广义片过渡条件（GSTC），结合双各向异性表面磁化率函数，提供了这样一个模型，并允许现在的设计复杂的元表面，这仍然是一个重大的挑战，几年前。本文提出了这个问题，专注于计算分析的元表面通过GSTC敏感性的方法。它表明，这种分析起着至关重要的作用，在整体设计的元表面，并概述了最近报道的相关频域（FDFD，SD-IE，FEM）和时域（FDTD）计算技术。
2017-10-30 physics.optics
One-sided destructive quantum interference from an exceptional point-enabled metasurface
提出了基于非厄米特超颖表面的单边量子干涉的概念，通过设计具有非厄米特例外点的双各向异性超颖表面，证明了量子干涉只能存在于一侧而不能存在于另一侧.这是经典光学中单向零反射的量子继承，通过特制的超颖表面可以进一步控制单向干涉。在两个光子同时从不同侧面进入超颖表面的情况下，在具有反射的侧面上仅输出一个光子的概率可以被修改为零，作为单侧相消量子干涉，而另一侧上的输出没有干涉。我们设计了所需的双各向异性超颖表面，并数值模拟了所提出的效果。非厄米双各向异性超颖表面在调谐双光子量子干涉方面提供了更多的自由度，与著名的Hong-Ou-Mandel效应平行。
2021-06-28 physics.optics quant-ph
Electrically Thick Fabry-Pérot Omega Bianisotropic Metasurfaces as Virtual Anti-Reflective Coatings and Non-Local Field Transformers
欧米茄双各向异性超颖表面（OBMS）提供了惠更斯超颖表面（HMS）以前没有的波控制能力。这些增强的功能来自OBMS提供的额外自由度，并基于对具有抽象表面阻抗特性的零厚度表面的分析。然而，实际的元表面的设计已被证明是繁琐的。在这里，我们提出了一种新颖的，易于设计的结构来实现OBMS。扩展我们以前的工作，我们表明，两个明智的工程法布里-珀罗（FP）标准具的非对称级联可以形成OBMS元原子，以提供所需的波控制能力。实施此FP-OBMS异常折射，我们表明，双各向异性有效地产生一个虚拟的抗反射涂层的HMS，导致OBMS的效率提高。这个有趣的观察，由近似的封闭形式的解决方案支持，提供了一个原始的物理解释的机制下完美的异常折射，并用于解释第一次在角度响应的差异OBMS相比，HMS。实施FP-OBMS的更复杂的功能，分束，我们表明，FP-OBMS能够非本地激发表面波为此所需的，尽管是电厚。通过全波计算验证的这些结果表明，所提出的配置能够精确地再现理想（抽象）零厚度OBMS的散射特性，从而为实际实现具有奇异功能的波传输铺平了道路，其中一些功能以前从未与物理结构相关联。
2020-05-26 physics.app-ph physics.optics
Novel functionalities enabled by asymmetric reconfiguration in VO2-dielectric metasurfaces
Nanophotonics Technology Center, Universitat Politècnica de València（瓦伦西亚理工大学纳米光子技术中心）；Department of Materials Engineering, KU Leuven（荷语鲁汶大学材料工程系）
本文提出利用热可调硅-VO2超表面动态重构双各向异性，实现透射功率限制、非对称反射等定向功能，为多功能自适应光子超表面提供新自由度。
2026-10-06 physics.optics
Inverse Design and Experimental Verification of a Bianisotropic Metasurface Using Optimization and Machine Learning
University of Toronto（多伦多大学）
电磁超颖表面由于其低轮廓和有利的应用，最近引起了极大的兴趣。实际上，许多超表面设计开始于对辐射远场的一组约束，诸如主波束方向和旁瓣水平，并且结束于表面的非均匀物理结构。这个问题是相当具有挑战性的，因为所需的切向场变换是不完全知道时，只有约束被放置在散射场。因此，所需的表面特性无法解析求解。此外，将所需的表面特性转换为物理单位单元可能是耗时且困难的，因为它通常是大型解空间中的一对多映射。在这里，我们将逆向设计过程分为两个步骤：宏观和微观设计步骤。在前者中，我们使用迭代优化过程来找到辐射符合指定约束的远场图案的表面特性。这种迭代过程利用非辐射电流来确保无源和无损设计。在微观步骤中，这些优化的表面特性是使用机器学习代理模型通过物理单位单元实现的。这种端到端的合成过程的有效性证明通过分束原型的测量结果。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci cs.LG eess.SP
Multiresonances of quasi-trapped modes in metasurfaces based on nanoparticles of transition metal dichalcogenides
研究了含孔MoS $_2$圆盘中双各向异性偶极响应同步激发的准陷阱模多重多共振的偏振控制特性。使用解析多极分析的数值计算，我们表明，存在一个强大的光学各向异性的MoS $_2$纳米粒子提供了一个额外的自由度，并允许观察几个共振的电和磁偶极子一次在一个狭窄的光谱范围。基于模拟结果，我们得到了具有孔洞的MoS $_2$圆盘的偶极极化率随频率的变化关系，这使得人们能够区分非局域和双各向异性偶极响应的贡献，并在近红外范围内具有几个特征。利用单个纳米粒子的极化率谱和应用调谐策略，设计了在窄光谱范围内同时支持三个准陷阱模式共振的MoS $_2$超颖表面。这些共振之一对应于1550 nm的电信波长。MoS $_2$超颖表面的光反射光谱的特征在于对应于准陷阱模式的波长的三个窄带凹陷。结果表明，在正交的超颖表面上正常入射的波的偏振的变化导致在每个MoS $_2$磁盘中激发的双各向异性响应的类型的变化，并在接近初始值的波长处的超颖表面的反射光谱中的其他三个功能的激发。
2022-12-28 cond-mat.mes-hall 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
Multipolar Angular Scattering of Substrated Metasurfaces
本文提出一种适用于斜入射和非均匀背景介质的超表面多极散射建模方法，扩展至八极阶并包含环向贡献，可准确预测介电与等离激元超表面的尖锐光谱特征。
2025-05-08 physics.optics
Materiatronics: Modular analysis of arbitrary meta-atoms
在超材料和超表面的范例中，复合材料的电磁特性可以通过塑造或调制其成分（所谓的元原子）来设计。具有一般极化性质的复杂形状亚原子的合成和分析是一个具有挑战性的课题。在本文中，我们证明了最一般的响应可以在概念上分解成一组基本的，基本的极化现象，这使得立即全方位的表征任意线性超材料和超表面的电磁特性。提出的平台的模块化表征（称为“materiatronics”）进行了测试的几个例子的双各向异性和nonreciprocal元原子。作为一个示范的潜力模块化分析，我们用它来设计一个单层超颖表面的消失厚度与酉圆二色性。在本文中开发的分析方法是支持一个现成的计算代码，并可以进一步扩展到元原子工程的其他类型的波相互作用，如声学和力学。
2019-01-24 physics.optics
Frequency-Domain Analysis of Wave Scattering by Spatially Dispersive Metasurfaces Using the Method of Auxiliary Sources
Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；Technion-Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
本研究将扩展广义薄层过渡条件集成到辅助源法，形成无网格仿真框架，分析多种空间色散超表面，结果与已发表数据吻合，验证了方法的准确性与灵活性。
2026-07-31 physics.comp-ph physics.optics
Full conversion of unpolarized to fixed-polarization light with topology optimized metasurfaces
本研究利用拓扑优化超表面突破了传统偏振器50%的效率限制，实现了非偏振光到单一纯偏振态的近乎完全转换，消光比接近100，并支持多输出间的任意功率分配。
2023-08-28 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
'Meta-atomless' architecture based on an irregular continuous fabric of coupling-tuned identical nanopillars enables highly efficient and achromatic metasurfaces
本文提出由相同介质纳米柱经连续耦合调谐构成的无超原子不规则晶格，实现400–700 nm全波段、聚焦效率超85%的偏振无关消色差超透镜。
2021-02-21 physics.app-ph physics.optics
Femtosecond all-optical polarization manipulation of harmonic generation in an anisotropic strongly coupled plasmon-epsilon-near-zero metasurface
Key Laboratory for Physical Electronics and Devices of the Ministry of Education and Shaanxi Key Lab of Information Photonic Technique, School of Electronic Science and Engineering, Xi’an Jiaotong University（教育部光电技术与器件重点实验室、陕西省信息光子技术重点实验室，西安交通大学电子科学与工程学院）
该研究利用ITO薄膜与等离子体共振的强耦合瞬态非线性，实现了紫外至可见光的飞秒偏振操控，同时完成THG与SHG的偏振旋转，为高速偏振光子学提供新范式。
2026-10-15 physics.app-ph physics.optics
