Star-shaped nanostructure-based multifunctional chiral metasurface for near-infrared wavelengths
本研究提出一种由银天线构成的近红外多功能手性超表面，兼具多类型偏振转换与高圆二色性，可实现对映异构体传感，在光通信、生物传感等领域有应用潜力。
2025-02-01 physics.app-ph physics.comp-ph 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
Synergizing Deep Learning and Phase Change Materials for Four-state Broadband Multifunctional Metasurfaces in the Visible Range
本文首次提出将深度学习逆向设计与VO₂和Sb₂S₃两种相变材料级联相结合，实现可见光范围四态宽带多功能超表面，同时具备消色差偏转、分束、聚焦和吸收四种功能。
2024-07-28 physics.app-ph physics.optics
Multifunctional meta-mirror: polarization splitting and focusing
本研究提出一种基于间隙表面等离激元的多功能超构反射镜，可在反射模式下实现正交线偏振光分束与不同焦点聚焦，在近红外波段具备高效率、高消光比的宽带响应，可集成于光子电路或光纤器件。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Illusion Mechanisms with Cylindrical Metasurfaces: A General Synthesis Approach
我们探讨使用圆柱形超颖表面提供几个错觉机制，包括散射抵消和创建虚构的线源。我们提出了一般的合成方法，导致这种现象，通过建模的元表面与有效的极化率张量，并通过施加边界条件连接所需的字段的切向分量所需的表面极化电流密度，产生这样的字段。然后，我们使用这些所需的表面极化，以获得有效的极化率的超颖表面的合成。我们演示了使用这种一般方法的合成的元表面，导致散射抵消和错觉效果，并讨论了实际情况下，通过使用加载偶极子天线来实现离散化的极化电流密度。这项研究是可能导致有趣的电磁应用的第一个基本步骤，如隐身技术，天线合成，无线电力传输，传感器，圆柱形吸收器等。
2019-05-20 physics.app-ph
Hypermultiplexed off-chip hologram by on-chip integrated metasurface
本文提出基于物理模型的端到端逆向设计框架，仅以超原子位置为变量，实现片上超表面在波长、距离和导波方向上的超复用离片全息，展示了9个独立通道和36个不同全息图。
2024-07-02 physics.app-ph physics.optics
A Reusable Metasurface Template
超颖表面已经彻底改变了光学元件的设计理念，促进了激光光学领域的发展。由于超颖表面的平坦性和超薄性，超颖表面相对于传统光学元件具有独特的优势，如重量轻、兼容性好等。为了满足潜在的应用需求，需要进一步的研究努力来提高元表面的可重用性和实用性。在这项工作中，我们展示了一种可重复使用的模板方法来实现光学多功能的超表面，利用几何和传播阶段来塑造光波。原则上，这种超颖表面模板可以无限次使用，以实现各种各样的光学功能。作为概念验证实验，我们演示了超透镜，全息，和涡旋光束整形。我们的工作将利用元表面设备的高可扩展性方面的实际应用。
2021-04-30 physics.app-ph physics.optics
Conditional Generative Adversarial Networks for Inverse Design of Multi-functional Microwave Metasurfaces
电磁（EM）超颖表面可以提供用于通过适当选择单元结构来实现具有入射波频率、偏振、传播方向或功率强度的多种不同EM功能的通用平台。然而，多功能超颖表面的逆设计依赖于大量的全波EM数值模拟来获得优化的解决方案。本文提出了一种基于条件生成对抗网络（cGAN）与Gramian角场（GAFs）集成的分步过程，以减少多功能微波元表面逆向设计中EM模拟所需的计算时间。所提出的过程首先实现GAF以将所需的多目标散射参数编码到图像中，然后将它们通过cGAN模型以将它们映射到三层元表面。本研究使用了一个强大的数据集，具有广泛的值和设计，包括54,000元表面结构和相应的散射参数训练和验证cGAN模型。本文还提出了一个案例研究的例子，使用一个多功能元表面与三个独立的功能和全空间覆盖证明所提出的程序在多功能微波元表面的逆向设计的性能。实验结果表明，该模型具有良好的性能，可用于高效、准确地设计多功能元表面。
2021-12-30 physics.app-ph
Surface Susceptibility Synthesis of Metasurface Skins/Holograms for Electromagnetic Camouflage/Illusions
基于积分方程和广义片转换条件（IE-GSTCs）提出了一个系统的数值框架，用于在二维空间中合成封闭的元表面全息图和皮肤，以产生特定物体的电磁错觉，并作为一种特殊情况，将它们与背景进行对比。通用的全息图表面建模使用零厚度片模型的广义元表面表示在其表面磁化率，这是进一步集成到GSTC和IE电流场传播运营商。为了估计错觉的有效性，由观察者构建的场景的概念是从第一原理和一个简单的数学模型，称为结构化的现场观察（SFO），提出了基于空间傅立叶变换。使用数值例子，它示出，以重新创建的参考所需的字段在空间中的任何地方使用一个封闭的超颖表面全息图/皮肤，内部照明必须施加在全息图内部，除了施加外部照明领域。最后，几个数值例子简单，角度相关和动态的错觉。最后，展示了一个动态的空间包裹区域，它可以在给定的复杂场景中自由移动而不被观察者发现。
2020-07-14 physics.app-ph
Multifunctional acoustic holography based on compact acoustic geometric-phase meta-array
光学几何相位超颖表面通过简单地操纵面内各向异性超原子的空间取向提供了一种鲁棒且有效的光控制手段，其中偏振转换起着至关重要的作用。然而，用于声场控制的声学几何相位调制的概念仍然未被探索，因为空气中的声波缺乏类似的光学偏振转换过程。本文基于声学几何相位理论，对一种具有深亚波长特征尺寸的新型声学亚原子进行了理论研究，并将其应用于声场工程。在这里，可调谐的声学几何相位调制指定的顺序是通过近场耦合的轨道角动量转移过程中，和拓扑电荷复用的声学几何相位赋予我们的元阵列与多个功能。我们的工作扩展了声学元阵列在高质量声场重建中的能力，并为多功能声学元全息图提供了新的可能性。
2022-03-04 physics.app-ph physics.class-ph
Synthesis of Spherical Metasurfaces based on Susceptibility Tensor GSTCs
将双各向异性磁化率广义片层转换条件（GSTCs）合成方法从平面扩展到球面。属性特定的非零固有曲率的球形形状突出显示，并描述了不同类型的相应的变换。最后，通过错觉变换、环形聚焦和双折射三个例子，验证了该方法的有效性和球面超表面的奇异特性。
2017-12-28 physics.app-ph physics.class-ph physics.med-ph
Robust Q-tunable topological induced transparency in metasurface
在这项研究中，我们首先展示了，据我们所知，强大的和动态偏振控制的可调高Q PIT在设计的纳米结构超颖表面，其尖锐的谐振是由设计保证，并防止大的几何缺陷。基于动量匹配的倒易空间近场特性的显式分析和惠更斯原理激发的实空间点散射远场辐射特性的显式分析，从理论上深入研究了超颖表面平面波透射和反射光谱中的干涉共振物理。实验结果验证了理论预测。这种独特的偏振选择性和Q可调的PIT显示出对传统PIT系统中由无意的制造缺陷或几何不对称变化引起的性能下降的鲁棒特性，这为可重构和灵活的超颖表面的发展铺平了道路，此外，在鲁棒和多功能的纳米光子器件设计和应用中开辟了新的途径。
2020-07-02 physics.app-ph physics.optics
Accurate metasurface synthesis incorporating near-field coupling effects
用于微波和太赫兹频率范围的最有前途的超颖表面架构之一由三个图案化的金属层组成，所述金属层由纳米线隔开。这种超颖表面非常适合于平面制造技术，并且通过将它们建模为由传输线分离的阻抗片来促进它们的合成。我们表明，这种模型在某些情况下可能是显着不准确的，由于金属层之间的近场耦合。这个问题对于较高频率的设计尤其严重，其中制造公差防止图案在尺寸上高度亚波长。由于近场耦合很难解析描述，因此在设计中对其进行校正通常需要数值优化。我们提出了一个扩展的广泛使用的等效电路模型，将近场耦合，并表明扩展模型可以准确地预测超颖表面的散射参数。基于我们的扩展模型，我们引入了一种改进的元表面合成算法，该算法提供了对问题的物理见解，并有效地补偿了近场耦合引起的扰动。使用所提出的算法，惠更斯超颖表面的光束折射的合成显示性能接近理论效率极限，尽管存在强近场耦合。
2019-05-15 physics.app-ph physics.optics
Bandwidth Limit and Synthesis Approach for Single Resonance Ultrathin Metasurfaces
超颖表面已经成为一种用于在薄层内操纵电磁波的有前途的技术。在平面超颖表面中，存在严格的窄带设计方法，其基于电介质衬底上的图案化金属层的等效表面阻抗。在这项工作中，我们得到了在这些元表面上可实现的带宽的限制，基于约束，他们的元原子应该是被动的，因果的和无损的，并且他们应该遵守一个单一的共振结构的时间带宽产品的规则。结果表明，除了涉及表面阻抗的变化的基本设计参数，带宽是由介质基板的厚度和介电常数的严格限制。然后，我们提出了一种合成方法的宽带超颖表面，所需的表面阻抗的LC谐振配合的基础上，并在毫米波频率的宽带色散结构的实验验证。相对于使用窄带设计过程创建的参考超颖表面，这导致超过90%的带宽增强。
2020-07-03 physics.app-ph physics.optics
Independent Control of Multiple Channels in Metasurface Devices
与连接多个输入-输出端口的电磁网络类似，超表面可以被认为是能够为从不同方向照射表面的不同偏振的波提供不同功能的多端口设备。设计这种多通道超颖表面的主要挑战是确保对每个通道的电磁响应的独立和完全控制，从而确保在超颖表面处满足边界条件。在这项工作中，我们证明，通过适当的工程在每个端口（即，对于所有可能的照明方向）激发的倏逝场，它是可以独立地控制所有不同的照明的反射或透射。我们开发了一个完全解析的方法来分析和合成一般的空间调制阻抗元表面，工程强空间色散。这种方法与数学优化相结合，使我们能够找到一个表面阻抗分布，同时确保在每个端口所需的电磁响应。我们通过相位控制多通道回射器的设计来验证该技术。此外，我们证明了该方法是相当强大的其他功能的超表面，如多功能反射器和多通道完美吸收器的设计。
2020-04-16 physics.app-ph physics.optics
Synthesis of Modulated Dielectric Metasurfaces for Precise Antenna Beamforming
本文提出了一种端到端的设计方法，用于合成具有调制厚度的介电超颖表面，该介电超颖表面能够在远场以高精度实现期望的辐射图案。该方法依赖于积分方程和矩量法来计算在给定的入射照明下整个超颖表面的感应表面和体积电流密度。通过避免介质层的均匀化和直接计算的散射场通过矩量法，近场和远场响应的超表面可以准确地预测和优化。特别是，一个调制介质超颖表面的设计实例，由一个单一的嵌入式线源馈电，实现了一个Chebyshev阵列方向图与-20 dB的旁瓣电平。此外，设计、3-D打印和测量了执行垂直入射平面波的分束的外部馈电电介质超颖表面，其示出了在± 30度处的两个反射光束、对镜面反射的高抑制（> 14 dB）以及与模拟的和期望的辐射图案的令人满意的一致性。所提出的用于利用电介质超颖表面进行波束成形的设计方法可以在较高频率中找到应用，在较高频率中，由于较高的欧姆损耗和制造挑战，铜的使用可能是有问题的。
2022-11-25 physics.app-ph physics.optics
Revealing the long-range coupling for multi-dimensional metasurface multiplexer
ZJU-UIUC Institute, Interdisciplinary Center for Quantum Information, State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation, Zhejiang University（浙江大学紫金港国际校区、量子信息交叉中心、极端光子学与仪器国家重点实验室）；ZJU-Hangzhou Global Science and Technology Innovation Center, Zhejiang Key Laboratory of Intelligent Electromagnetic Control and Advanced Electronic Integration, Zhejiang University（浙江大学杭州全球科创中心、浙江省智能电磁控制与先进电子集成重点实验室）
本文提出利用图神经网络揭示多维超表面的远距离耦合，实现角度、频率和极化域的同时多路复用，展示了一种新型高集成多功能超表面设计方法。
2026-01-17 physics.app-ph physics.optics
80-degree field-of-view transmissive metasurface-based spatial light modulator
紧凑、轻便和高性能的空间光调制器（SLM）是现代光学技术的关键。像素小型化的驱动，必要的，以提高其性能，导致了一个有前途的替代，有源光学超颖表面，使可调谐的亚波长波前操纵。在这里，我们展示了一个全固态可编程透射SLM设备的基础上惠更斯介电超颖表面。超颖表面的特征在于由成熟的液晶（LC）技术提供的电可调谐性。与传统的LC SLM相比，我们的器件能够实现高分辨率，像素尺寸为~1 μ m。我们通过实现可编程波束控制来展示其性能，其具有~6 dB的高边模抑制比。通过使用双光子聚合制造的3D打印双合微透镜来补充该设备，我们将视场增强到约80度。开发的原型为下一代增强现实显示器，光探测和测距（LiDAR）系统和光学计算的紧凑，高效和多功能设备铺平了道路。
2021-07-23 physics.app-ph physics.optics
Near-field optical mode engineering-enabled freeform nonlocal metasurfaces
本文提出一种逆向设计框架，通过优化近场分布调控米氏模式，实现自由形态非局域超表面的多功能模式工程，并实验验证了多波长和手性超表面，适用于高品质因数平台。
2025-06-18 physics.app-ph physics.optics
Simulation of large-area metasurfaces with a distributed transition matrix method
大面积超颖表面的逆向设计可以潜在地利用这种器件提供的完整参数空间，并实现高效的多功能平面光学元件。然而，由于实际上有用的平面光学元件在线性维度上很大，因此对其散射特性的准确模拟是具有挑战性的。在这里，我们展示了一种方法来计算大面积元表面的精确模拟和梯度。我们的方法依赖于两个关键因素-模拟分布策略，允许线性减少模拟时间与计算（GPU）节点的数量和使用转换矩阵（T矩阵）方法的有效的单节点计算。我们展示了执行大面积分布式模拟的能力，同时准确地占散射体-散射体相互作用显着超出局部周期性近似，并有效地计算相对于超颖表面设计参数的梯度。这种可扩展且精确的元表面模拟方法为基于梯度的全大面积元表面优化打开了大门。
2022-02-21 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Equivalent Circuit Modeling of a Lumped-element Loaded Metasurface under Arbitrary Incidence and Polarization
本文提出了一种等效电路模型，用于预测集总元件加载单层反射超表面在双极化、任意入射角度下的频谱响应，并通过全波仿真验证了其在45度内的准确性，为可重构智能表面设计提供了快速工具。
2025-04-29 physics.app-ph physics.optics
Field Synthesis with Azimuthally-Varying, Cascaded, Cylindrical Metasurfaces using a Wave Matrix Approach
针对圆柱共形超表面研究少、几何复杂的问题，提出采用波矩阵方法建模级联方位变化圆柱超表面的高阶耦合，可高效合成场变换所需非均匀导纳，在天线与隐身领域有应用潜力。
2022-11-02 physics.app-ph physics.optics
Approach to the Analysis and Synthesis of Cylindrical Metasurfaces with Non-circular Cross Sections Based on Conformal Transformations
提出了基于保角变换的非圆截面圆柱形电磁元表面的分析和设计方法。处理具有非正则几何形状的表面可能是困难的，因为它们通常不允许受到适当边界条件的亥姆霍兹波动方程的直接解。这导致了对全波数值技术的依赖，该技术仅适用于这些表面的分析，而不是合成。我们解决这个问题，采用保角变换映射到一个计算空间中的表面重合的圆柱体的物理空间。表面上的电磁边界条件保持不变的变换下，由于其角度保持性质。然而，它们更容易执行。其结果是，散射场的分析模式的解决方案是很容易获得的，这有利于封闭形式的分析和一般非圆柱形超颖表面的合成方程。所提出的框架启用的一个重要的实用程序是有效地识别满足局部功率守恒的电磁场分布。这导致无源和无损表面设计，这在实践中是非常期望的，因为它们不需要有源和/或有损部件。
2020-12-04 physics.app-ph physics.optics
All-Dielectric Photo-thermo-optical Metasurfaces for Thermal Landscaping at the Nanoscale
本文提出一种基于热光非晶硅纳米谐振器的全介质超表面逆向热设计框架，通过预计算吸收光谱库实现纳米尺度温度场调控，并预测光热催化反应速率提升超30%。
2025-10-17 physics.app-ph physics.optics
Physics-Informed Deep Neural Network Design of Reactively Loaded Metasurfaces
University of Michigan（密歇根大学）
本文提出了一种深度神经网络方法，用于设计具有预设远场辐射特性的反应加载超材料。该方法结合了深度神经网络与基于物理的微波网络前向求解器，通过余弦相似度损失函数指导学习过程，显著降低了计算成本。
2026-03-16 physics.app-ph
Radiation Pattern Synthesis with Uniform Nonlocal Metasurfaces
本文提出利用无空间调制的均匀非局域超表面，通过定制其表面阻抗随切向波矢的变化来实现辐射方向图综合，解析求解二维综合问题并以蘑菇型高阻抗表面全波仿真验证三种方向图，拓展了空间色散超表面在天线领域的应用。
2024-11-25 physics.app-ph physics.optics
Harnessing Selective State Space Models to Enhance Semianalytical Design of Fabrication-Ready Multilayered Huygens' Metasurfaces: Part I - Field-based Semianalytical Synthesis
Andrew and Erna Viterbi Faculty of Electrical and Computer Engineering, Technion（安德鲁和埃尔纳·维特比电气与计算机工程学院，以色列理工学院）；Faculty of Electrical and Computer Engineering, Tel-Aviv University（电气与计算机工程学院，特拉维夫大学）；Reykjavik University（雷克雅未克大学）
本文提出了一种基于选择性状态空间模型的半解析方法，用于快速设计可制造的双极化透射海利格超材料表面，结合机器学习提升精度。
2026-03-04 physics.app-ph physics.optics
Prototype-Aware Fundamental Electromagnetic Limits on Wavefront Synthesis with Programmable Metasurfaces
Aalto University（阿尔托大学）；Univ Rennes, CNRS, IETR - UMR 6164（雷恩大学，法国国家科学研究中心，IETR - UMR 6164）
本文结合多端口网络理论与实验参数，推导了可编程超表面在波前合成中的原型感知电磁极限，包括保真度、模式强度及帕累托边界，并通过实验验证了界限的紧致性。
2026-06-16 eess.SP physics.app-ph
Non-Local Metasurface-aided Leaky-Wave Antennas
School of Electronic and Electrical Engineering, Hongik University（弘益大学电子电气工程学院）
本文提出非局部元表面辅助的泄漏波天线，通过优化电抗设计实现宽角波束稳定转向，实验显示在2.0-2.7 THz波段内波束扫描范围达近50度。
2026-01-28 physics.app-ph
Broadband multilayer metasurface absorbers with MXene resonators and topology optimized substrates
Duke University（杜克大学）
本研究提出利用MXene共振器和拓扑优化3D打印基板设计宽频多层超材料吸收体，以提高吸收性能。
2026-02-28 physics.app-ph
On Frequency and Angle Stability of Anomalous Metasurface Reflectors Synthesized with Auxiliary Field and Power Conformal Methods
本文针对波纹阻抗表面比较PFCM与AFS两种异常反射超表面综合方法，发现二者带宽相近，但PFCM在大反射角下的角度覆盖最多宽23°。
2025-05-14 physics.app-ph
A Generative Machine Learning-Based Approach for Inverse Design of Multilayer Metasurfaces
表现出特定的一组期望的散射特性的超颖表面的合成是耗时且需要资源的过程，其常规上依赖于全波模拟的许多循环。这需要有经验的设计者来选择金属层的数量、散射体的形状和尺寸以及分离衬底的类型和厚度。在这里，我们提出了一种基于生成式机器学习（ML）的方法来解决这种一对多映射，并自动化双层和三层元表面的逆向设计。使用这种方法，它是可能的，以解决多目标优化问题，通过合成薄的结构组成的潜在的全新的散射体设计，在层之间的层间耦合是不可忽略的情况下，通过传统的方法合成变得繁琐。给出了各种示例，以提供跨频率范围的$x$和$y$偏振散射系数的特定幅度和相位响应以及针对不同超表面应用的基于掩模的响应，以验证所提出的方法的实用性。
2020-07-28 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Design of Planar and Conformal, Passive, Loss-less Metasurfaces that Beamform
提出了一种利用全波建模技术和快速优化方法来合成平面和共形波束形成元表面的通用技术。合成的超颖表面由有限尺寸的接地电介质衬底支撑的图案化金属覆层组成。使用积分方程对超颖表面进行建模，该积分方程精确地考虑了互耦合和超颖表面的有限尺寸。合成技术由三个阶段组成：直接求解阶段，以获得具有满足所需远场波束规格的复值阻抗的初始元表面设计，随后的优化阶段，将复值阻抗转换为纯电抗阻抗，以及最终图案化阶段，以实现作为图案化金属覆层的纯电抗阻抗。优化阶段引入表面波，促进无源性。使用梯度下降法优化元表面，并使用伴随变量法获得半解析梯度。提出了三个例子：具有接近完美孔径效率的低轮廓直接馈电超颖表面天线、具有受控旁瓣的扫描波束反射阵列设计以及共形超颖表面反射阵列。验证了超表面的远场和近场性能，并研究了超表面的带宽和损耗容限。
2022-06-21 physics.app-ph physics.optics
Coexistence and manipulation of multiple singularities in a reconfigurable non-Hermitian metasurface
Nanchang University（南昌大学）；Central China Normal University（华中师范大学）；University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）
研究可重构非厄米超表面中多个奇点的共存与操控问题，提出镜像耦合设计增加系统自由度，实现了EP和反射零点的共存与操控，用于可调吸收和增强传感，解决了奇点参数竞争问题，开辟了多功能超器件新途径。
2026-07-09 physics.app-ph physics.optics
Systematic Design of Transmission-type Polarization Converters Comprising Multi-layered Anisotropic Metasurfaces
提出了一种简单有效的宽带传输型偏振转换器的综合方法。所提出的配置包括多层超颖表面，所述超颖表面包括逐层逐渐旋转的谐振粒子。粒子的渐进旋转允许在大频带上进行偏振转换。极化结构的有效设计和优化，通过传输线模型的方法处理的各向异性阻抗层的级联和级联。一个优化的8层设计的基础上逐渐旋转偶极子谐振器的概念证明。通过有效的传输线模型得到的结果进行了比较，全波模拟的结构进行了优化，表现出令人满意的协议。研制了宽带偏振转换器样机并进行了测试。
2020-11-22 physics.app-ph 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
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
Harnessing Selective State Space Models to Enhance Semianalytical Design of Fabrication-Ready Multilayered Huygens' Metasurfaces: Part II - Generative Inverse Design (MetaMamba)
Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
本文提出利用选择性状态空间模型增强多层Huygens超材料的半解析设计，通过生成反向设计方法实现高效单元合成。
2026-03-04 physics.app-ph physics.optics
Analytical Modeling of a Two-Dimensional Waveguide-Fed Metasurface
我们开发了一种快速，准确和强大的技术来模拟二维（2D）波导馈电超颖表面孔径的电磁响应。所考虑的几何形状包括一个平行板波导阵列的亚波长，互补的超材料元素图案到一个导电表面。为了确定辐射场，我们将每个辐射元件建模为可极化偶极子，并通过应用耦合偶极子框架来解释元件之间的相互作用。使用两种类型的超材料元素的平行板波导的全波模拟，我们确认所提出的耦合偶极子模型的有效性，并展示了预测对应于任意排列的元素的辐射模式的能力。我们探讨的重要性，包括超材料元素之间的相互耦合，以达到准确的场预测。耦合偶极子建模框架是可扩展的，以极大的孔径，可以形成一个通用的，高效的，但简单的孔径分析和合成工具的基础。
2018-07-30 physics.app-ph physics.comp-ph
Analytical Design of Printed-Circuit-Board (PCB) Metagratings for Perfect Anomalous Reflection
我们提出了一个分析方案的设计，现实的metagratings广角工程反射。这些最近提出的平面结构可以以非常高的效率将入射平面波反射到规定的（通常是非镜面的）角度，每个周期仅使用单个元原子。这样的器件提供了一种手段来克服与标准超颖表面（由紧密堆积的亚波长超原子组成）相关联的实现困难和梯度超颖表面的相对低的效率。与以前的工作，其中准确的系统设计仅限于metagratings不切实际地悬浮在自由空间中，我们在此推导出一个封闭的形式主义，允许实现印刷电路板（PCB）metagratings完美的反射器，由标准的金属背衬电介质基板上定义的加载导电条。推导产生一个详细的程序，用于确定的基板厚度和导体的几何形状，以实现单一的耦合效率，而不需要甚至一个单一的全波模拟。我们的方法，通过商业求解器验证，最终允许从理论设计到完整物理结构的合成，避免了标准元表面设计中通常涉及的耗时的数值优化。
2018-01-14 physics.app-ph
RCS angular control with gradient metasurfaces: design and measurement
Univ-Rennes, INSA Rennes, CNRS, IETR-UMR 6164（雷恩大学、法国国立应用科学学院雷恩分院、法国国家科学研究中心、信息与电子工程研究所联合研究单位）；CEA CESTA（法国原子能与替代能源委员会）；Defense Innovation Agency, Ministry of the Armed Forces（国防部国防创新局）
针对此前超表面RCS半解析模型缺乏实验验证的问题，本研究完成了周期性梯度超表面的制备与测量，验证了其在指定寄生方向的RCS缩减效果，证实了模型与优化方法的有效性。
2026-09-14 eess.SP 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
Reconfigurable Graphene-Metasurface Analysis via an Eigenmode-Free Method-of-Lines Formulation
Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；Duke University（杜克大学）
针对可重构石墨烯超表面分析难题，提出无本征模线方法公式，通过解析闭式表达式计算S参数矩阵，克服现有方法局限，经实验验证该方法在吸光度上与理论高度吻合且比有限元方法快两个数量级。
2026-07-21 physics.app-ph physics.comp-ph
Agile Free-Form Signal Filtering with a Chaotic-Cavity-Backed Non-Local Programmable Metasurface
该研究提出以准二维混沌腔支撑可编程金属超表面，利用非局域模式重叠与纯优化设计实现7.5–13.5 GHz低损耗、高线性、可重构滤波和信号路由。
2024-07-06 physics.app-ph 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
