Tunable huge asymmetric transmission in mid-infrared range through a monolayer graphene chiral metasurface
本文提出一种由三个空心单层石墨烯谐振环组成的L形手性超表面，在中红外波段实现可调谐巨幅双频非对称传输，并通过调控费米能级和弛豫时间灵活调节AT光谱，兼顾可加工性与实用性。
2024-06-08 physics.optics
Enhanced infrared vision by nonlinear up-conversion in nonlocal metasurfaces
本文利用铌酸锂非局域超表面实现红外到可见光的非线性上转换成像，兼具高效率和分辨率，并支持边缘检测处理，适用于先进夜视应用。
2024-05-28 physics.optics
Broadband Cross-Circular Polarization Carpet Cloaking based on a Phase Change Material Metasurface in the Mid-infrared Region
针对目前大多数隐身装置都集中于线偏振隐身，而对中红外隐身特性研究较少的现状，提出了一种中红外波段交叉圆偏振隐身地毯隐身装置。基于Pancharatnam Berry相位原理，精心设计了具有交叉圆极化梯度相位的单胞，并将其构造成一个超表面。为了实现可调谐交叉圆偏振地毯斗篷，在单元结构的设计中引入了相变材料。当相变材料处于非晶态和晶态时，所提出的超颖表面单元可以实现高效的交叉偏振转换，并且反射强度可以调节。根据地毯隐身的相位补偿原理，利用所设计的单元结构，构建了一种具有相位梯度的超表面隐身装置。从近场和远场的分布，交叉圆偏振隐身特性被证实在宽带波长范围内。提出的隐身装置可以有效地抵抗交叉圆偏振探测。
2022-03-04 physics.optics
Infrared up-conversion imaging in nonlinear metasurfaces
红外成像是许多应用中的关键技术，包括夜视、自动驾驶汽车导航、光学断层扫描和食品质量控制。然而，传统的红外成像技术需要使用对热噪声敏感的窄带隙半导体等材料，并且通常需要低温冷却。在这里，我们展示了一种紧凑的全光学替代方案，在由GaAs半导体纳米天线组成的超表面中进行红外成像，使用非线性波混合过程。我们实验上展示了短波红外波长的上转换，通过相干参量过程的和频产生。在这个过程中，目标的红外图像在超颖表面内与强泵浦光束混合，在纳米级超薄成像设备中将图像从红外转换为可见光。我们的研究结果为开发紧凑型红外成像器件提供了新的机会，可应用于红外视觉和生命科学。
2021-01-05 physics.optics
Broadband polarization-independent low-crosstalk metasurface lens array-based mid wave infrared focal plane arrays
像素的小型化是实现高分辨率、平面化、小型化的焦平面阵列的关键，然而，像素间光学串扰的增加导致了严重的缺陷和折衷。在当前的工作中，我们设计并提出了一种有效的宽带偏振不敏感的全介质超颖表面透镜阵列的焦平面阵列（FPA）工作在中波红外（MWIR）。实现了超过0.85的高聚焦效率和优异的光学串扰性能。我们证明，光学串扰可以降低到2.8%以下的低水平，具有高效率。对于器件性能，使用了以前报告中的类似品质因数（FoM），我们的器件达到了91的FoM，优于迄今为止设计的所有其他类型的MWIR FPA。所提出的超表面透镜阵列展示了用于增加信噪比和灵敏度的巨大潜力，从而为紧凑尺寸、高分辨率FPA铺平了道路。
2018-03-15 physics.optics
High efficiency near diffraction-limited mid-infrared flat lenses based on metasurface reflectarrays
中红外光学发展的一个限制因素是缺乏透明、低成本、重量轻且易于加工的丰富材料。在本文中，我们展示了一个元表面设备，规避这些限制。设计了一种基于天线反射阵列的平面透镜，在λ = 4.6 μm、45 °入射角下实现了近衍射极限的高聚焦效率（实验：80%，模拟：83%）。与需要分束器的普通垂直入射几何结构相比，这种几何结构大大简化了实验装置。仿真结果表明，彗形像差的影响是小的相比，抛物柱面镜。单步光刻的使用允许大规模制造。
2016-04-26 physics.optics
Scalable Fabrication of Thermally Reconfigurable Ge Metasurfaces Using Stencil Lithography for Mid-Infrared Molecular Sensing
Department of Biomedical Engineering, University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校生物医学工程系）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校电气与计算机工程系）；Department of Physics, Faculty of Science, Istanbul University（伊斯坦布尔大学理学院物理系）
提出无抗蚀剂模板光刻法在CaF2基底上制备Ge柱超表面阵列，通过几何参数设计实现950-1700 cm^-1指纹区离散共振，并利用Ge热光效应实现300-500 K下约36 cm^-1连续可调共振，用于PMMA振动模式复用检测和吸光度谱重建。
2026-06-15 physics.optics
Metasurface-Enhanced Mid-Infrared Imaging Spectroscopy with Broadband Quantum Cascade Lasers
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
提出一种结合宽带梯度超表面与射频调制量子级联激光器的紧凑型中红外成像光谱平台，通过匹配超表面共振与激光发射光谱，实现单帧获取增强吸收条形码图像，将采集时间缩短三个数量级。
2026-06-11 physics.optics
Mid-IR Light Modulators Enabled by Dynamically Tunable Ultra High-Q Silicon Membrane Metasurfaces
本文提出动态可调的单晶硅膜超表面中红外调制器，实现高达3000的Q因子，并支持电热与全光两种高速调制方案。
2025-09-27 physics.optics
Collective near-field coupling in infrared-phononic metasurfaces for nano-light canalization
极化激元，光子和偶极物质激发的耦合激发，可以沿着具有双曲线或椭圆色散的各向异性超颖表面传播。在从双曲色散到椭圆色散的转变（对应于拓扑转变），发现了各种有趣的现象，如光子态密度的增强、极化激元沟道化和超透镜化。在这里，我们从理论和实验上研究的拓扑结构的转变和极化激元耦合的深亚波长元件在单轴红外声子超表面，六方氮化硼（hBN）纳米带光栅。通过高光谱红外纳米成像，我们观察到，第一次，在中间的hBN Reststrahlen带的合成横向光学声子共振（即，强集体近场耦合的纳米带），产生从双曲线到椭圆色散的拓扑过渡。我们进一步可视化和表征的空间演化的深亚波长渠化模式附近的过渡频率，这是一个准直极化激元，是hyperlensing和无衍射传播的基础。我们的研究结果提供了基本的见解极化激元近场耦合在超颖表面的作用，创造拓扑转变和极化激元渠化。
2020-06-02 physics.optics
Coupled plasmon wave dynamics beyond anomalous reflection: phase gradient Copper metasurface for visible to the near infrared spectrum
在纳米级光子器件中，对超颖表面2D光学器件的多功能性的需求迅速增加。为了探索设计度量中的微调，我们重新研究了梯形形状的铜超颖表面，其具有用于有效地将线性偏振光用于两种不同功能的差分时域模拟。从等离子体能带结构，我们看到几何形状的不对称程度如何影响行进等离子体模式的有效共振耦合，以及与纳米天线的几何形状相关的不同类型的模式杂交分布。通过调节纳米天线的长度，我们可以激发出由这种结构支持的有效等离子体模式，并从垂直入射的自由空间光中单向引导出表面波，用于可见光到红外范围。定向表面等离子体激元具有反对称和对称模式，根据纳米天线的长度和波长在连续金属层的顶表面和底表面之间振荡。该铜超颖表面针对宽带（600-900 nm）异常光束转向的远场应用进行了优化，平均效率为65%，最大角度为64度。这项工作带来了更多的理解如何一个超表面可以实现在小足迹等离子体器件，波导模式控制，以及光束转向与他们的波长相关的功能。
2022-06-11 physics.optics
Electrically Driven Thermal Infrared Metasurface with Narrowband Emission
由平面亚波长结构阵列组成的超表面在控制热红外辐射（包括强度、相干性和偏振性）方面显示出巨大的潜力。这些能力与二维性质一起使热超颖表面成为用于红外线操纵的超紧凑多功能平台。在单个元表面上集成诸如振幅、相位（频谱和方向性）和偏振等功能，提供了迷人的器件响应。然而，在小的覆盖区中同时优化热超颖表面的光学、电学和热响应仍然是一个重大的挑战。在这项工作中，我们开发了一种基于金纳米棒阵列的热红外元表面的中心接触电极线设计，它允许局部焦耳加热以电激发发射，而不会破坏局部表面等离子体共振。在这项工作中所展示的热超颖表面的窄带发射及其对温度不均匀性的鲁棒性对于红外成像、传感和能量收集的应用具有重要意义。
2022-08-22 physics.app-ph physics.optics
High-Transmission Mid-Infrared Bandpass Filters Using Hybrid Metal-Dielectric Metasurfaces for CO2 Sensing
本文提出Ge-on-Al混合金属-介质超表面透射式MIR窄带滤光片，实现80%峰值透射与0.4 μm线宽，并用于CO2检测，检测限约0.04%。
2024-09-08 physics.optics
Infrared-Shielding of Plasmonic Random Metasurface Constructed by Cesium-Doped Tungsten Bronze
采用时域有限差分法对由球形或类球形纳米粒子组成的随机超颖表面在随机位移和/或随机变形下的热屏蔽性能进行了理论研究。利用超颖表面中纳米颗粒的总面积定义了有效覆盖率，并研究了近红外线反射对随机性的鲁棒性。当有效覆盖率高时，与六方密排完美超颖表面相比，纳米颗粒排列和形状随机性两者的近红外线反射降低至少20%。相反，当有效覆盖率低时，纳米颗粒排列的随机性对近红外线反射几乎没有影响。此外，纳米颗粒形状的随机性提高了近红外线反射性能。
2022-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Analysis and Design of a Reconfigurable Metasurface based on Chalcogenide Phase-Change Material for Operation in the Near and Mid Infrared
本研究针对光无线通信场景，设计了基于GST225相变材料的反射式可重构超表面，结合传输线理论等解析方法与全波仿真，验证了其用于红外波段连续可重构全息超表面的潜力。
2025-10-01 physics.optics
Thermally switchable polarization manipulation and diodelike transmission in scalable, resonator-free, mid-infrared metasurfaces with vanadium-dioxide grids
我们概念化的三个阵列可扩展的超颖表面，包括只有三个薄的带状网格和数值证明了他们的特点，在中红外光谱制度的可切换的偏振操纵和相关的非对称二极管状传输（AT）。一些或所有的网格被认为是由VO $_2$，相变材料。对于每个提出的超颖表面，两个有效的结构，因此，存在两个不同的功能，对应于VO $_2$的金属和绝缘相。实现的功能切换的情况下，取决于VO $_2$阶段显着依赖于VO $_2$被纳入到元表面的方式。偏振操纵的可切换波段高达40 THz宽。当法布里-珀罗（反）共振起作用时，AT波段可以被调制。
2022-03-23 physics.app-ph physics.optics
Nonlocal Metasurface Lens for Long-Wavelength Infrared Radiation
本文提出基于硒化锌衬底上锗薄膜的非局域超透镜，利用晶格共振与稳定几何相位，在10.3 μm实现厚度仅1.45 μm的深亚波长低损耗红外成像与传感器件。
2025-05-12 physics.optics
Tunable mid-infrared hyperbolic van der Waals metasurfaces by strong plasmon-phonon polaritons coupling
基于vanderWaals（vdW）材料的双曲超曲面支持极端各向异性极化激元向纳米尺度光压缩和操纵方向的传播，因此在平面超透镜、纳米激光、量子光学和超灵敏红外光谱等方面具有巨大的应用潜力。二维六方氮化硼（h-BN）作为vdW超颖表面可以在单原子层水平上操纵双曲型极化激元的传播，具有比传统介质更高的场约束度和更低的损耗。然而，在h-BN中红外超颖表面中的双曲极化激元波的主动操纵仍然难以捉摸。在这里，我们提供了一个有效的策略，用于构建可调谐的中红外双曲vdW元表面（HMS）。它们由作为薄层h-BN和单层石墨烯条（iHBNG）的面内异质结构的元原子组成。h-BN声子和石墨烯等离子体激元的强耦合使得能够通过在没有频移的情况下定制石墨烯的化学势来实现光场的大的可调谐性，这涉及极化激元模式的拓扑跃迁、单向极化激元传播和局域态密度增强。iHBNG超颖表面的模拟视觉近场分布揭示了双曲极化激元传播的独特变换，区别于单个h-BN和石墨烯超颖表面。我们的研究结果提供了一个平台的光学纳米操纵新兴的片上极化激元器件。
2021-11-15 physics.app-ph physics.optics
Dielectric cross-shaped resonator based metasurface for vortex beam generation in Mid-IR and THz wavelengths
超表面是包括亚波长间隔和亚波长尺寸的谐振器的二维（2D）阵列的工程化薄表面。超表面可以局部地操纵光的振幅、相位和偏振，具有高空间分辨率。在这项研究中，我们报告了专门为红外（IR）和太赫兹（THz）波长制造的涡旋光束生成超颖表面的数值和实验结果。所设计的超颖表面由具有空间变化长度的介电十字形谐振器的2D阵列组成，从而向入射光提供期望的空间变化相移。超颖表面被发现是不敏感的入射光的偏振。使用严格的时域有限差分（FDTD）分析计算的交叉谐振器的尺寸。利用两个工作在8.8~$μ$ m（IR）和0.78~THz（THz）的涡旋产生光学元件，通过对元谐振腔进行物理定标，实现了光谱可伸缩性。使用配备焦平面阵列（FPA）探测器的FTIR成像显微镜对在中红外光谱范围内产生的涡旋光束进行成像。该设计可用于有效的波前整形以及中红外光谱范围内的各种光学成像应用，其中需要偏振不敏感性。
2019-06-25 physics.app-ph physics.optics
Infrared Beam-shaping on Demand via Tailored Geometric Phase Metasurfaces employing the Plasmonic Phase-Change Material In3SbTe2
本文利用相变材料In3SbTe2的激光诱导绝缘体-金属转变，通过直接激光写入快速制造大面积几何相位超表面，实现红外光束偏转、聚焦、轨道角动量光束及多功能全息等按需光束整形。
2024-08-09 physics.app-ph physics.optics
Asymmetric parametric generation of images with nonlinear dielectric metasurfaces
组装到超颖表面中的亚波长介质谐振器已经成为接近纳米级的光学元件的多功能工具。一类重要的超颖表面功能与光的产生和传输中相对于发射器和接收器的位置的反转的不对称性相关联。超颖表面中的非线性光-物质相互作用为光的非对称控制提供了一条有前途的途径。在这里，我们展示了非线性超颖表面中光的非对称参数产生。我们将不同的非线性介质谐振器组装成半透明的超表面，这些超表面在可见光谱范围内产生图像，并被红外辐射照射。通过设计，对于相反的照射方向，即当红外发射器和可见光接收器的位置交换时，超表面产生不同的且完全独立的图像。通过亚波长谐振器实现的光的非线性非对称控制通过将大量非线性谐振器密集集成到紧凑的超表面设计中为新型纳米光子组件铺平了道路。
2022-12-21 physics.optics
Infrared hyperbolic metasurface based on nanostructured van der Waals materials
具有强各向异性光学性质的超表面可以支持深亚波长尺度的受限电磁波（极化激元），其有望在光子和光电应用中控制光。我们开发了一个中红外双曲超颖表面纳米结构的六方氮化硼支持深亚波长尺度的声子极化激元，平面内双曲色散传播的薄层。通过应用红外纳米成像技术，我们可视化的凹（异常）波前的发散极化激元光束，这代表了双曲型极化激元的一个里程碑式的功能。结果说明了近场显微镜如何应用于揭示各向异性材料中极化激元的奇异波前，并表明纳米结构范德华材料可以形成双曲红外超颖表面器件和电路的高度可变和紧凑的平台。
2019-04-08 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear interferometry with infrared metasurfaces
由亚衍射光散射体或超表面组成的光学元件有望减少占地面积并展现光学设备的新功能。一个特别的兴趣是集中在操纵光束的相位和振幅的超颖表面。可以使用干涉测量法来执行超颖表面的表征，然而，干涉测量法可能是麻烦的，特别是在红外（IR）范围内。在这里，我们实现了一种新的方法，用于表征红外超颖表面的非线性干涉的基础上，它使用可访问的组件可见光。相关的IR和可见光子被发射到非线性干涉仪中，使得由超颖表面施加在IR光子上的相位分布修改可见光子波长处的干涉。此外，我们表明，这个概念可以用于宽带操纵的强度分布的可见光束使用一个单一的红外超颖表面。我们的方法展现了量子干涉术在表征先进光学元件方面的潜力。
2020-07-28 physics.optics quant-ph
Strong Modulation of Infrared Light using Graphene Integration with Plasmonic Fano-Resonant Metasurfaces
等离子体超颖表面代表了一个有前途的平台，用于增强光-物质相互作用。超颖表面的光学响应的主动控制对于诸如光束转向、调制器和开关、生物化学传感器和紧凑型光电子器件的应用是期望的。在这里，我们使用具有两个Fano共振的等离子体超颖表面来增强红外线与电可控单层石墨烯的相互作用。实验表明，这些共振的窄光谱宽度，结合强光/石墨烯耦合，使反射率调制近一个数量级，导致调制深度高达90%。.数值模拟证明了在保持反射率几乎恒定的同时对反射光的相位进行强主动调制的可能性，从而为可调谐红外透镜和光束转向铺平了道路
2014-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable subnanometer gap plasmonic metasurfaces
折射率决定了光在材料中的流动。在可见光和近红外波长下，对于天然存在的透明材料，折射率的实部被限制为小于3，这从根本上限制了应用。在这里，我们进行了实验，以研究在可见光和近红外波长的自组装超颖表面的有效折射率的上限。厘米级的超颖表面由六方密堆积（hcp）单层的金纳米球涂有可调的烷乙氧基化物配体壳，控制粒子间的间隙从2.8到0.45 nm。与孤立的二聚体研究相反，宏观尺度的区域允许同时探测数十亿个间隙，并且hcp对称性导致共振模式中的大波长偏移，使得亚纳米长度尺度机制能够在远场中可重复地测量。我们证明了亚纳米间隙，超颖表面的光学响应与经典（本地）模型一致，具有轻微的非本地效应，并且没有明确的证据表明在光学频率下配体介导的电荷转移。我们确定超颖表面的折射率的有效实部对于绿黄颜色具有最小值1.0，然后在红色中迅速达到最大值5.0，并且在远至近红外的情况下保持大于3.5。我们进一步表明改变超颖表面中配体的端基和共轭对光学性质的影响很小。这些结果建立了可见光和近红外线限制的实用上限，可能导致独特的色散工程涂层
2017-11-06 physics.optics
Metasurface Broadband Solar Absorber
我们展示了一种基于金属超颖表面架构的宽带、偏振无关、全方位吸收器，它在太阳光谱的可见光和近红外范围内实现了超过90%的吸收率，并在中红外和远红外波长处表现出低发射率。超颖表面太阳能吸收器的复杂单元电池由八对金纳米谐振器组成，这些谐振器通过薄的二氧化硅间隔物与金接地层分开。我们的实验测量揭示了高性能的吸收在很宽的入射角范围内的s-和p-偏振。我们还研究了数值的频率依赖的场和电流分布，以阐明如何发生的吸收内的超颖表面结构。此外，我们讨论了我们的超颖表面吸收器设计的潜在用途，利用耐高温等离子体材料在太阳能热光子学。
2015-09-22 physics.optics
High-efficiency infrared upconversion imaging with nonlinear silicon metasurfaces empowered by quasi-bound states in the continuum
Nanchang University（南昌大学）；Institute for Advanced Study, Nanchang University（南昌大学高等研究院）；School of Education, Nanchang Institute of Science and Technology（南昌理工学院教育学院）；Guangdong Polytechnic Normal University（广东技术师范大学）
本研究利用非线性硅超材料实现高效红外上转换成像，通过准束缚态在连续谱中的共振，实现高转换效率和高分辨率的可见光成像。
2025-08-29 physics.app-ph physics.optics
Metasurface-enhanced mid-infrared spectrochemical imaging of tissues
针对中红外组织成像信号弱、受形态干扰的问题，本文提出偏振复用多共振等离激元超表面增强的SE-MIRSI方法，实现大面积组织定量分子图谱与超薄区域检测。
2023-04-27 physics.optics q-bio.TO
Electrically Programmable Pixelated Graphene-Integrated Plasmonic Metasurfaces for Coherent Mid-Infrared Emission
本文提出集成 Gr-FET 的电可编程等离子体超表面，通过协同空间温度与发射率调制实现像素化、宽波段、多偏振的相干中红外发射。
2024-05-06 physics.app-ph physics.optics
Polarization-sensitive GeSn Mid-Infrared Membrane Photodetectors with Integrated Plasmonic Metasurface
École Polytechnique de Montréal（蒙特利尔高等商学院）
针对中红外光电子需求，本文展示集成Au等离子体超表面的转移印刷Ge₀.₈₉Sn₀.₁₁薄膜光电探测器，实现3.0μm以上截止波长、2.5μm响应度提升近四倍及4:1偏振对比度，且可通过超表面尺度调谐工作波长，实验与模拟吻合。
2025-11-18 physics.app-ph physics.optics
Trapping light in air with membrane metasurfaces for vibrational strong coupling
本文提出自支撑Si膜中红外超表面，利用布里渊区折叠激发高Q准BIC谐振，在空气空隙中实现强光捕获，并演示了与PMMA分子的振动强耦合，为可扩展中红外光子器件和量子相干应用开辟新途径。
2024-10-22 physics.app-ph 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
Twist-Controlled Symmetry Breaking in Surface Phonon Polariton Moiré Metasurfaces
The University of Iowa（爱荷华大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
研究通过扭力诱导的莫尔周期控制表面声子极子超材料中的对称性和动量空间耦合，揭示扭力工程化的极化转换非对称性可实现红外辐射热传递的方向偏转。
2026-04-13 physics.optics
Reconfigurable Mid-Infrared Hyperbolic Metasurfaces using Phase-Change Materials
超颖表面提供了在纳米尺度上控制光传播的潜力，用于自由空间和表面限制几何形状中的应用。现有的超颖表面经常利用具有高吸收损耗的金属极化激元元件和/或用于单一功能的固定几何设计。在这里，我们克服了这些限制，通过展示一个可重构的双曲线超颖表面，包括同位素富集的六方氮化硼（hBN）的异质结构，直接接触的相变材料（PCM）二氧化钒（VO 2）。在VO 2中的空间局部化的金属和介电域改变了hBN中支持的双曲声子极化激元（HPhPs）的波长，在1450 cm-1处为1.6倍。这引起了hBN中HPhP的平面内发射、折射和反射，证明了在纳米尺度下平面内HPhP传播的可重构控制15。这些结果是基于结合双曲介质和PCM，以设计光学功能，如谐振腔，光束转向，波导和聚焦与纳米控制的一个可推广的框架。
2018-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electrically tunable VO2-metal metasurface for mid-infrared switching, limiting, and nonlinear isolation
本研究提出一种电控金属-VO₂中红外超表面，通过金属焦耳加热实现调谐，可同时作为可调光开关、阈值可调光限幅器和工作范围可调非线性光隔离器，验证了多模式红外调控性能。
2023-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Enhanced Infrared Emission by Thermally Switching the Excitation of Magnetic Polariton with Scalable Microstructured VO2 Metasurfaces
动态辐射冷却由于其对环境变化的适应性和比静态辐射冷却更节能的承诺而引起了人们越来越多的关注。在这里，我们展示了增强的红外发射，通过热开关的激发磁极化激元与微结构的二氧化钒（VO 2）超颖表面通过可扩展的和无蚀刻的工艺制造。温度依赖的红外光谱清楚地表明，制造的可调超颖表面的光谱发射率从2到6微米的波长显着增强时，加热超过其相变温度，其中的磁极化激元与金属VO 2激发。可调谐发射光谱也被证明是不敏感的入射角和偏振角，这样的VO 2超颖表面可以被视为一个漫反射红外发射器。数值光学模拟和解析电感-电容模型阐明了绝缘或金属VO 2在相变时对磁极化激元的抑制或激发。通过热真空测试，实验证明了可调VO 2超颖表面增强热发射的效果。对于相同的加热功率为0.2 W，稳态温度的可调VO 2超颖表面发射体后，相变被发现是20摄氏度低于参考V2 O 5发射体的静态光谱发射率几乎是相同的VO 2超颖表面之前，相变。发现可调超颖表面发射器的辐射热导率在较高温度下为3.96 W/m2 K，金属VO 2为0.68 W/m2 K，在较低温度下为绝缘VO 2，清楚地表明辐射热耗散几乎增强了六倍。
2020-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Hyper-doped silicon nanoantennas and metasurfaces for tunable infrared plasmonics
我们提出了实验实现的有序阵列的超掺杂硅纳米盘，表现出局部表面等离子体共振。通过在10 $^{20}$和10 $^{21}$ cm $^{-3}$之间调节自由载流子浓度，等离子体激元在2和5 $μ$ m之间的光谱窗口中是可广泛调谐的。我们发现，强红外线吸收可以实现与全硅等离子体超颖表面采用纳米结构的尺寸低至100 nm的直径和23 nm的高度。我们的数值模拟显示出与实验数据的良好一致性，并提供了关于纳米结构形状以及近场效应对超颖表面光学特性的影响的物理见解。我们的研究结果为集成全硅等离子体器件开辟了非常有前途的前景，例如用于化学或生物传感或热成像。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Polarization-Tuned Fano Resonances in All-Dielectric Short-Wave Infrared Metasurface
École Polytechnique de Montréal（蒙特利尔理工学院）；Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼兹晶体生长研究所）
本文提出一种全介质硅集成元表面，通过偏振调控实现短波红外范围的费诺共振控制，用于高灵敏度折射率传感。
2022-12-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Mass-manufactured Gradient Plasmonic Metasurfaces for Enhanced Mid-IR Spectrochemical Analysis of Complex Biofluids
提出一种基于梯度等离激元微孔阵列超表面的SEIRAS平台，通过高通量晶圆级制造和级联共振峰实现复杂生物流体的高效中红外指纹分析，为生物医学应用奠定基础。
2025-03-04 physics.app-ph 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
Resonant Anti-Reflection Metasurface for Infrared Transmission Optics
本研究提出利用Mie共振纳米光子超表面增强硅在长波红外的透射，相比同厚度无图案硅最高提升40%，并通过成像与MTF测量验证其应用价值。
2023-06-08 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
Extreme Huygens' metasurfaces based on quasi-bound states in the continuum
我们介绍的概念和通用的方法来实现极端惠更斯超颖表面的惠更斯条件和光学束缚态的概念在连续。这种新颖的范例允许创建惠更斯超颖表面，其品质因数可以在数量级上进行调谐，从而产生极其色散的相位调制。我们验证了这一概念，在近红外波长的概念验证实验，展示了不同的品质因数的全电介质惠更斯超颖表面。我们的研究指出了一个实际的路线，控制辐射衰减率，同时保持惠更斯的条件，补充现有的惠更斯的超表面，其带宽相对较宽，复杂的调整。这种新的功能可以为各种应用提供新的见解，包括光学传感，色散工程和脉冲整形，可调谐超表面，具有高光谱选择性的元器件，以及非线性元光学。
2018-12-02 physics.optics
Tunable wavefront control in the visible spectrum using low-loss chalcogenide phase change metasurfaces
全电介质超颖表面提供了独特的解决方案，先进的波前操纵的光与完全控制的振幅和相位在亚波长尺度。然而，对于大多数这些设备的一个限制是缺乏它们的响应的任何制造后可调谐性。为了打破这一限制，一种有前途的方法是采用相变材料（PCM），它提供了一种快速，低能量和非易失性的手段，赋予超颖表面开关机制。在这方面，使用不同的硫属化物在中红外和近红外光谱中已经取得了很大的进步。然而，在可见光谱范围内，很少有器件表现出完全的相位操纵、高效率和可逆切换。在这里，我们实验证明了一个可调的全电介质惠更斯超颖表面硫化锑（Sb2S3）PCM，低损耗和高折射率的材料在可见光谱范围内，其非晶和结晶状态之间的大对比度（近0.5）。我们展示了接近2pi的相位调制与高相关的透射率，并使用它来创建可切换的光束转向和全息显示设备。这些新型硫属化物PCM超颖表面有可能成为下一代空间光调制器的平台，并影响可调和自适应平面光学器件、激光雷达等应用领域。
2022-06-15 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
Silicon Carbide Metasurfaces for Controlling the Spontaneous Emission of Embedded Color Centers
本文首次研究近红外波段SiC超表面电磁米氏散射矩对嵌入式色心自发辐射的调控，通过电偶极与磁四极矩相干叠加实现辐射速率超一个数量级增强（最大近30倍），并利用相位控制方向性，为量子光子学等领域提供新可能。
2023-01-12 cond-mat.mes-hall 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
Reconfigurable, Temperature Resilient Phase-Change Metasurfaces Fabricated via High Throughput Nanoimprinting Lithography
本文提出一种基于高通量纳米压印光刻的可扩展制造策略，通过直接压印TiO2纳米颗粒浆料并沉积Sb2Se3相变薄膜，实现了耐高温的可重构超表面，展示了可调谐光谱切换和手性光学活性切换两种功能。
2025-09-21 physics.optics
ME-FIRST: A Metasurface-Enhanced Fingerprint InfraRed Spectroscopic Tool for Fluid Analytes
Center for Biophotonics, Institute of Medical Robotics, School of Biomedical Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学生物医学工程学院医疗机器人研究所生物光子学中心）；School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学材料科学与工程学院）
ME-FIRST通过元表面增强技术实现高灵敏度红外光谱分析，用于检测流体分析物中的分子振动模式。
2025-10-28 physics.app-ph physics.optics
Enhanced third harmonic generation with graphene metasurfaces
不同材料的非线性响应为光开关、低噪声放大和谐波频率产生提供了有用的机制。然而，非线性过程通常具有非常弱的性质，并且需要高输入功率来激励。为了缓解这一严重的限制，我们提出了新的设计，由图案化的石墨烯微带组成的非线性超颖表面，以显着提高在远红外和太赫兹（THz）频率的三次谐波产生（THG）。在这些配置中，由于高度局域化的等离子体激元的激发，入射波被紧紧地限制并且沿着石墨烯的表面被显著地增强。由于在石墨烯微带下方引入金属衬底，谐振响应的带宽变得更窄，这导致中间介电间隔层内部的零传输和驻波。入射场的增强，结合石墨烯的大的非线性电导率，可以将THG转换效率显著提高几个数量级。此外，超颖表面的谐振频率可以通过经由电或化学掺杂动态地调谐石墨烯的费米能量来调节。结果，可以优化和调谐三次谐波生成的波以在不同频率下发射，而不需要改变非线性超颖表面几何形状。所提出的非线性超颖表面提供了一种新的方式来实现紧凑和高效的非线性源在远红外和太赫兹频率范围内，以及新的频率产生和波混合设备，预计将是有用的非线性太赫兹光谱和非侵入性太赫兹成像应用。
2017-07-07 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
Electro-optic modulation of coherent and incoherent mid-IR radiation in two-dimensional arrays
Thomas J. Watson Laboratories of Applied Physics, California Institute of Technology（加州理工学院托马斯·J·沃森应用物理实验室）
本研究提出了一种可用电地址的超表面，用于在二维空间中调制相干和非相干中红外辐射，展示了可调衍射和空间可重新配置的发射率调制。
2026-03-02 physics.optics
Multifunctional 2d infrared photodetectors enabled by asymmetric singular metasurfaces
本文提出在石墨烯上集成非对称奇异超表面，同时增强中红外吸收和结构非对称性，实现零偏置光电流，并展示高达200的偏振比及栅控偏振响应切换功能。
2025-05-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph 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
