Metasurface-Enhanced Transparency
我们考虑光从高折射率介质到低折射率环境的传输问题。虽然全内反射严重限制了具有光滑界面的系统中的这种传输，但衍射超表面可以帮助以闪耀角度进入界面的光耦合输出。我们证明了结构化界面的轮廓可以进行数值优化，以针对特定的发射模式。我们的研究表明，虽然超颖表面可以帮助从一系列入射方向耦合出光，但总传输效率存在一个普遍的限制，仅取决于两种材料的介电特性，并且与超颖表面耦合器的轮廓和成分无关。
2017-01-20 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
Double-Layer Metasurface for Enhanced Photon Up-Conversion
我们提出了一种双层介质超颖表面，它是由具有相同周期性的硅纳米盘阵列和硅光子晶体平板堆叠而成。我们专注于调查的近场电场增强效应发生在谐振激发的超颖表面和研究其光学特性的数值和实验。我们发现，与传统的单层结构相比，多层超颖表面的主要区别似乎是在瑞利-伍德异常：它们被分成多个不同的模式，这些模式本身是光谱展宽的。作为概念的证明，我们覆盖了一个双层超颖表面与镧系元素掺杂的上转换粒子层，并研究其与1550 nm光激发的相互作用。我们观察到2.7倍增强的上转换光致发光通过使用堆叠的超颖表面而不是平面衬底，虽然只有约1%的上转换材料暴露于增强的近场。确定了两种机制来解释这种行为：第一，当共振地激发超颖表面时增强的近场，第二，当超颖表面将光重定向到高角度衍射级时，通过颗粒层中的全内反射捕获光。这些结果为低阈值，特别是宽带光子上转换在未来的太阳能和生物传感应用铺平了道路。
2020-12-07 physics.optics
Enhanced four-wave mixing with nonlinear plasmonic metasurfaces
等离子体超颖表面提供了一种有效的方式来提高几种非线性过程的效率，同时保持纳米尺度。在这项工作中，非线性超颖表面的基础上的薄膜耦合银纳米带加载克尔非线性材料，以实现有效的四波混频（FWM）。高度局域化的等离子体共振在金属膜和纳米条之间的纳米间隙中形成。局部电场在该亚波长纳米区域中显著增强。这些属性与由于无反射区域而导致的松弛的相位匹配条件相结合，导致巨大的四波混频效率，与裸银屏相比，该效率提高了十九个数量级。此外，有效的可见光和低太赫兹源可以构建基于所提出的非线性超表面。四波混频产生的相干波具有方向性，其输出功率对激发源的入射角相对不敏感。该辐射功率可以通过增加激励功率来进一步增强。置于纳米间隙中的介电非线性材料是产生超强四波混频响应的主要原因。基于所提出的非线性超颖表面设计，可以设想设计跨越不同频率范围的紧凑且高效的波混频器和光源。
2016-06-13 physics.optics
Si Metasurface Supporting Multiple Quasi-BICs for Degenerate Four-Wave Mixing
提出一种支持多达四个qBIC共振的二氧化硅上硅超表面，通过泵浦共振实现简并四波混频，揭示了纳米结构介电材料内部的近场增强，为信息复用和多波长传感等应用开辟新途径。
2024-03-12 physics.app-ph physics.optics
Enhanced High-Harmonic Generation from an All-Dielectric Metasurface
最近观察到的高次谐波产生固体工程基本强场过程中创建了一个新的可能性，通过图案化的固体目标与亚波长纳米结构。全介电超颖表面表现出高的损伤阈值和驱动场的强增强，使它们成为在纳米尺度上控制高次谐波和其他高场过程的有吸引力的平台。在这里，我们报告增强的非微扰高谐波发射的Si超颖表面，具有尖锐的Fano共振导致从一个经典的模拟电磁感应透明。与未图案化的样品相比，谐波发射增强了两个以上的数量级。增强的高次谐波是高度各向异性的激发偏振和选择性的激发波长，由于其共振功能。通过结合纳米纤维技术和超快强场物理，我们的工作为设计在高强度和短波长下工作的新型紧凑超快光子器件铺平了道路。
2017-10-11 physics.optics
Complex refraction metasurfaces for locally enhanced propagation through opaque media
本文提出同时调控超表面相位与幅度，将斯涅尔定律推广到复角度，在不透明介质中实现非衰减、非衍射传输，并通过加窗抑制非物理侧尾，实现局部显著传输增强。
2023-07-07 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
Metasurface absorber enhanced thermoelectric conversion
本文研究超表面在光热电转换中的作用，发现其光学厚度与薄几何结构能有效收集环境热辐射并传导局部热量，从而在热电器件中产生额外温度梯度和输出电压，性能优于高红外吸收的碳黑涂层电极。
2023-08-11 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
Towards rapid extracellular vesicles colorimetric detection using optofluidics-enhanced color-changing optical metasurface
本研究结合超表面光学与光流控主动传输技术，借助结构色超表面的变色效应，实现了低至10^7 EVs/ml浓度的细胞外囊泡2分钟快速比色检测，可通过肉眼或CCD读出，为低浓度生物颗粒快速传感提供了新方案。
2023-06-29 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
Enhanced third-harmonic generation induced by nonlinear field resonances in plasmonic-graphene metasurfaces
非线性超颖表面提供了新的范例，以提高光学效应超越传统材料的限制。在这项工作中，我们提出了一种替代方法来产生显着的三次谐波产生（THG）的基础上非线性场共振，而不是线性场增强，这是一个典型的战略，实现强非线性响应。通过设计和研究一种在太赫兹波段具有混合导模和连续模束缚态的非线性等离子体-石墨烯超颖表面，发现由于产生的弱三次谐波场与这些模之间的强共振，可以观察到具有窄带宽的三次谐波。这种强的非线性场共振极大地增强了光子-光子相互作用，从而导致整个系统的大的有效非线性系数。这一发现为非线性光学超颖表面的研究提供了新的契机。
2020-04-14 physics.app-ph physics.optics
Resonantly enhanced second-harmonic generation using III-V semiconductor all-dielectric metasurfaces
纳米结构材料中的非线性光学现象一直在挑战我们对自激光发明以来一直在探索的非线性光学过程的看法。例如，与体材料相比，几乎独立地控制光场限制、增强和散射的能力允许非线性频率转换效率提高许多数量级。此外，亚波长长度尺度使得相位匹配问题无关紧要。与等离子体纳米结构相比，介电谐振器超材料由于其更大的模体积而在增强非线性光学过程方面显示出巨大的潜力。在这里，我们提出，第一次，共振增强二次谐波产生（SHG）使用砷化镓（GaAs）为基础的介电超颖表面。使用阵列的圆柱形谐振器，我们观察到的SHG增强因子高达104相对于未图案化的GaAs。在磁偶极共振条件下，我们测量到在泵浦强度为3.4 GW/cm 2时的绝对非线性转换效率为~ 2 × 10 ^（-5）。的二次谐波的偏振特性表明，体和表面的非线性起着重要的作用，在所观察到的非线性过程。
2016-08-15 physics.optics
Enhanced Tunable Photon Pair Generation from Nonlinear Metasurface with Guided-Mode Cavity
本文提出一种带横向导模腔的非线性超表面，通过准正则模式理论预测SPDC速率提升约30倍，并实现光子对发射方向的全光调谐，应用于量子成像。
2025-05-21 physics.optics
Multiband Hybrid Metasurface for Enhanced Second-Harmonic Generation via Coupled Gap Surface Plasmon Modes
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）；King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM)（法赫德国王石油与矿物大学）
提出一种支持多间隙表面等离子体（GSP）和局域表面等离子体（LSP）模式的多带混合超表面，通过优化几何参数实现近红外和通信波段四个共振，并数值研究二次谐波产生（SHG）响应，在共振波长处由于强电磁场限制增强SH发射。
2026-05-27 physics.optics
Fourier modal method for inverse design of metasurface-enhanced micro-LEDs
本文提出基于傅里叶模态法的uLED高速仿真方法，精度媲美FDTD且速度提升逾10^7倍，并据此实现超表面增强型uLED逆向设计，使光提取效率翻倍。
2023-08-15 physics.comp-ph physics.optics
Enhanced light absorption in Tamm metasurface with a bound state in the continuum
本文提出在光子晶体基底上的锗光栅中利用连续域束缚态实现光学Tamm态，在临界耦合下达到100%光吸收，适用于telecom波长下的正入射与斜入射。
2023-01-11 physics.optics
Diffusion Schrödinger Bridges with enhanced posterior sampling for metasurface inverse design
Institut des nanotechnologies de Lyon（里昂纳米技术研究所）；STMicroelectronics（意法半导体）
本文提出基于增强后验采样的扩散薛定谔桥方法，用于高效高精度的超材料反向设计，解决了传统方法在复杂结构中的计算瓶颈和局部极小值问题。
2026-02-06 physics.optics
Enhanced electro-optic modulation in resonant metasurfaces of lithium niobate
在显示技术或数据处理中，需要适合于平板光子器件的平面和亚波长自由空间组件。在数百纳米内成形光学波前的超表面可以为薄且便携的光子器件提供解决方案，例如作为CMOS兼容模块。虽然传统的电光调制器不方便在自由空间配置中操作，但其原理可以在很大程度上应用于有源超颖表面的开发，其调制速度有望达到GHz区域。在这里，我们使用这个概念来实现快速和连续的光调制在低电压和MHz的速度与锂的超颖表面调谐的线性电光效应。此外，我们利用在可见光中的共振，以提高两个数量级的调制的透射光，即由一个因素的80，相比，非结构化基板。这项概念验证工作是将锂酸盐超颖表面用于自由空间调制的第一个重要步骤。
2021-07-21 physics.app-ph physics.optics
Merging high localization and TE-TM polarization degeneracy of guided waves in dielectric metasurfaces
针对光学系统小型化导致电磁波高局域化却破坏TE-TM偏振简并的问题，本研究发现介电超表面上高局域化导波的近场偏振自由度，提出并实验验证了可实现所需波长下TE-TM偏振简并的超表面设计，为平面偏振器件提供新平台。
2024-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Inverse-Designed Chiral Metasurfaces for Enhanced Helical Dichroism
University of Melbourne（墨尔本大学）；Hanyang University（汉阳大学）；Sungkyunkwan University (SKKU)（成均馆大学）；Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究所）
本研究通过逆向设计制备硅基螺旋手性超表面，在800纳米波长下实现高达62%的实验螺旋二色性，验证了该方法用于增强结构光手性响应的可行性。
2026-09-24 physics.comp-ph physics.optics
Enhanced light emission by magnetic and electric resonances in dielectric metasurfaces
我们展示了耦合到由多晶硅纳米颗粒的周期性阵列形成的介电超颖表面的高量子产率分子的增强发射。纳米粒子的辐射耦合，介导的面内衍射，导致形成集体米氏散射共振或米氏表面晶格共振（M-SLR），具有显着的窄线宽。这些窄线宽和单个Si纳米颗粒的固有电和磁偶极矩允许分辨电和磁M-SLR。入射角和偏振相关的消光测量和高精度表面积分模拟明确表明，磁M-SLR产生于平面内和平面外的磁偶极子，而电M-SLR是由于平面内的电偶极子。观察到分子的发射光谱的显著变化，与电M-SLR耦合的分子在限定方向上的发射增强了近20倍，与磁M-SLR耦合的分子的发射增强了5倍。这些测量结果表明，潜在的电介质超颖表面的发射控制和增强，并打开新的机会，诱导非对称散射和发射使用集体的电和磁共振。
2020-03-11 physics.optics
Spontaneous Parametric Down-Conversion from Resonant Metasurfaces
全介质光学超颖表面是纳米光学领域的主力，因为它们能够在不同的自由度上操纵光，并且在光频率转换方面具有优异的性能。在这里，我们展示了第一次产生的光子对通过自发的参数下转换在锂的量子光学超颖表面与电和磁米氏共振在各种波长。通过设计量子光学超颖表面，我们以可控的方式定制光子对光谱。在共振周围的窄带宽内，与相同厚度和材料的未图案化的膜相比，对产生的速率提高了两个数量级。这些结果使纠缠光子的平面光学源成为可能-这是量子光学实验的一个新的有前途的平台。
2021-03-15 physics.optics quant-ph
Enhanced Delayed Fluorescence in Non-Local Metasurfaces: The Role of Electronic Strong Coupling
本研究设计含铝纳米颗粒阵列的非局域超表面开放腔，探究其与二氟化硼姜黄素衍生物的电子强耦合，发现延迟荧光增强主要源于有机层吸收增加，强耦合对反向系间窜越影响可忽略，为光电器件应用提供参考。
2025-01-15 physics.chem-ph physics.optics
Gold-polymer hybrid metasurface for polarization-independent enhanced third harmonic generation in the ultraviolet
Institute of Materials Science of Barcelona ICMAB – CSIC（巴塞罗那材料科学研究所）；Aviation and Missile Center, US Army CCDC（美国陆军CCDC航空与导弹中心）；University of Brescia（布雷西亚大学）
金-聚合物混合超材料实现极化无关的紫外波段高效第三次谐波生成，为多极化纳米光子器件提供新方案。
2025-12-22 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
Enhanced second harmonic generation in high-$Q$ all-dielectric metasurfaces with backward frequency conversion
本文利用全介质超表面中的高-Q quasi-BIC共振研究AlGaAs二次谐波产生，通过引入基波场非线性极化修正项建立耗尽模型，揭示了后向频率转换使SHG效率降低14.3%，为设计高效非线性超表面提供重要指导。
2024-06-12 physics.app-ph 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
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
Semiconductor Metasurfaces for Surface-enhanced Raman Scattering
本文提出利用TiO2超表面结合连续域光学束缚态（BICs）实现超高电场增强和可调谐振吸收，从而突破半导体SERS基底电磁场增强弱的瓶颈，并最大化光致电荷转移效应。
2023-11-29 physics.app-ph physics.optics
Metasurface Enhanced Spatial Mode Decomposition
获得关于激光器的模式内容的精确信息对于多路复用光通信、具有主动波前控制的光学成像和量子限制干涉测量是至关重要的。基于全息图的模式分解装置，例如空间光调制器，允许模式内容的快速、直接测量，但是由于模式之间的交叉耦合，它们具有有限的精度。在这里，我们报告的第一个验证原理的示范模式分解与元表面，从而显着提高精度。$6\times 10^{-7}$的模式权重波动是在80 Hz的傅立叶频率下用1秒的平均值测量的，与现有技术的空间光调制器分解相比，改进了三个数量级以上。这种改进归因于由超表面的异常小的像素尺寸实现的交叉耦合的减少。我们展示了一个系统的研究的限制噪声源，我们表明，有一个很有前途的路径完全模式分解具有类似的精度。
2022-05-09 physics.ins-det physics.optics
Plasmonic Metasurfaces with Structural Chirality and Pseudo-Chirality for Enhanced Circular Dichroism and Enantiomeric Recognition
本研究设计了由三个等边三角形融合的不对称金纳米结构构成的平面等离子体超表面，兼具结构手性与赝手性，可实现强偏振各向异性与对映体特异性响应，为无标记手性传感及平面模拟手性光学行为提供了新途径。
2025-08-01 physics.app-ph physics.optics
Enhanced posterior sampling via diffusion models for efficient metasurfaces inverse design
Institut des nanotechnologies de Lyon（里昂纳米技术研究所）；STMicroelectronics（意法半导体）
本文提出基于扩散模型的逆设计方法，通过增强后验采样和一致性约束，实现高效且高精度的超材料设计。
2026-01-27 math-ph math.MP physics.optics
Enhanced biochemical sensing with high-Q transmission resonances in free-standing membrane metasurfaces
本文提出基于BIC与EIT模式的自由悬浮硅膜超表面，在透射模式下实现高Q中红外共振，并验证其对PMMA薄膜强耦合和蛋白质单层生物传感能力，为紧凑集成生化传感平台开辟新途径。
2024-10-22 physics.app-ph physics.optics
Dual-band polarized upconversion photoluminescence enhanced by resonant dielectric metasurfaces
该研究利用共振介电超表面增强上转换纳米颗粒的发射，实现双波段偏振发光，偏振度高达0.86和0.91，为低阈值偏振上转换激光器提供新途径。
2023-05-16 physics.optics
Enhanced magneto-optical intensity effect in a helicity-preserving all-dielectric metasurface at Mie resonances and the anapole state
Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT)（莫斯科物理技术学院）；Faculty of Physics, M.V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）；National Engineering Research Center of Electromagnetic Radiation Control Materials, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学电磁辐射控制材料国家工程研究中心）；State Key Laboratory of Electronic Thin-Films and Integrated Devices, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室）
提出并实验验证了一种保螺旋性的全介质超表面，利用Mie共振和anapole态增强圆偏振光激发下的磁致透射调制，归一化磁光强度效应相比裸磁膜提升约2-3倍（Mie共振区）或约30%（anapole态区），同时保持高透射率。
2026-05-25 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
Near-Field Topology-Optimized Superchiral Metasurfaces for Enhanced Chiral Sensing
通过拓扑优化超手性超材料实现800倍手性密度增强和116倍灵敏度提升，用于高效手性传感与分析。
2025-11-20 physics.optics
All-optical damping forces enhanced by metasurfaces for stable relativistic lightsail propulsion
本文提出一种推广坡印廷-罗伯逊效应的相对论力可被动阻尼光帆横向运动，并通过超表面设计将此全光学效应增强两个数量级，为稳定相对论光帆推进提供实用手段。
2024-08-19 physics.app-ph 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
Enhanced transmission modulation based on dielectric metasurfaces loaded with graphene
我们提出了一种混合石墨烯介电超颖表面设计，以实现在近红外（近IR）频率下的强可调谐和调制传输。所提出的装置是由放置在二氧化硅衬底上的周期性对不对称硅纳米棒构成的。一个原子厚的石墨烯片位于纳米棒和衬底之间。由于在近红外波长处的零欧姆损耗，该全电介质超颖表面的面内电磁场高度局部化并增强。它们与石墨烯强烈相互作用并与其性质耦合。由于在该频率点处的电和磁偶极子响应的抵消，在该混合全电介质超颖表面配置的谐振频率处获得了尖锐的Fano传输。石墨烯单层薄片的性质可以通过调节其费米能或化学势来调节，从而导致不同的掺杂水平以及等效的材料参数。结果表明，由于强光石墨烯相互作用，所提出的混合系统的Q因子和Fano共振透射光谱可以被有效地调谐和控制。据报道，在近红外频率下，透射系数的调制率高于60%。所提出的混合石墨烯/电介质纳米器件具有紧凑的占地面积，超快的速度，并且可以容易地集成到当前的CMOS技术。这些特性在近红外可调谐滤波器、更快的光学互连、高效传感器、开关和幅度调制器等方面具有广阔的应用前景。
2015-07-31 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Enhanced Third-Harmonic Generation in a Bound State in the Continuum Assisted Multiband All-Dielectric Metasurface
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
该研究设计了含硅纳米块的全介质超表面，利用连续介质中的准束缚态实现多带Fano共振，增强了紫外多带三次谐波产生，为多带光子器件研发提供了新途径。
2026-09-30 physics.optics
Enhanced Light-Matter Interactions in Dielectric Nanostructures via Machine Learning Approach
作为超颖表面（即亚波长纳米颗粒阵列）的特定功能的基础的关键概念是使用组成部件来按需塑造光的波前。超颖表面是一种多功能和新颖的平台，可以操纵光的散射、颜色、相位或强度。目前，设计超颖表面的典型方法之一是在大量的固定参数中优化一个或两个变量，例如各种材料的性质和耦合效应，以及几何参数。理想情况下，它需要通过直接数值模拟进行多维空间优化。最近，一种替代方法变得非常流行，可以基于深度学习辅助方法显着降低计算成本。在本文中，我们利用深度学习方法来获得具有所需特性（如线宽、振幅和频谱位置）的高品质因数（高Q）谐振。我们利用这种高Q共振增强光-物质相互作用的非线性光学超颖表面和光学机械振动，同时。我们证明，优化的超颖表面导致高达400+倍的三次谐波产生（THG）的增强，在同一时间，他们也有助于100+倍的光学机械振动增强。该方法可进一步用于实现具有非常规散射响应的结构。
2020-04-26 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
Spatially entangled photon-pairs from lithium niobate nonlocal metasurfaces
由纳米尺度结构组成的超表面是光的量子态的产生和成形的新物理原理的基础。在空间或角度域中纠缠的多光子态是量子成像和传感应用的重要资源，然而它们的产生传统上依赖于庞大的非线性晶体。我们预测和实验证明，空间纠缠光子对的产生，通过自发参量下转换从超颖表面纳入非线性薄膜的锂离子。这是通过具有由集成的二氧化硅超光栅介导的定制的角色散的非局部共振来实现的，使得能够通过设计光栅轮廓和调谐泵浦频率来控制光子对的发射图案和相关联的量子态。我们测量了光子位置的相关性，并通过违反经典的Cauchy-Schwartz不等式来确定它们的空间反聚束，见证了多模纠缠的存在。同时，由于高品质因子超颖表面共振，光子对率与未图案化的膜相比强烈增强了450倍，并且符合与偶然的比率达到5000。这些结果为各种量子器件的小型化铺平了道路，这些量子器件通过将超薄超颖表面用作量子纠缠光子的室温源来实现。
2022-04-04 physics.optics quant-ph
Metasurface-enabled quantum holograms with hybrid entanglement
利用超表面生成偏振-全息混合纠缠态，通过坍缩闲置光子偏振实现全息内容的选择性擦除，构建量子全息图，用于增强鲁棒性的量子通信和防伪应用。
2024-08-20 physics.optics quant-ph
Optimizing the Nonlinear Optical Response of Plasmonic Metasurfaces
材料对激发光的非线性光学响应通过入射激光频率与受激材料的能级之间的共振而增强。传统上，在分子非线性光谱学中，人们将输入激光频率调谐到分子能级以获得高度增强的双共振或三共振相互作用。对于超颖表面，情况是不同的，并且通过纳米结构的适当设计，可以调谐材料能级以匹配入射激光频率。在这里，我们使用多参数遗传算法的方法来优化非线性四波混频响应，并表明，直观的传统方法，试图匹配的透射光谱相关的激光频率确实会导致强烈的增强，但不一定是最佳的设计。我们证明，实验和直接的非线性场计算，近场模式分布和空间模式重叠的优化设计的主导因素。
2018-05-15 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
Nonlinear van der Waals metasurfaces with resonantly enhanced light generation
实验研究3R-MoS2超表面二次谐波产生，揭示共振耦合机制，实现>150倍信号增强并预测10^6倍增强，为超紧凑非线性光子器件铺路。
2024-10-14 physics.app-ph physics.optics
Enhancing the Three-Photon Luminesce via the Resonance in Lead Halide Perovskite Metasurfaces
卤化铅钙钛矿（MAPbX 3）已经成为用于光伏和光电子器件的有前途的材料。然而，它们特殊的非线性特性尚未在纳米光子学中得到充分利用。在这里，我们制造MAPbX3钙钛矿超颖表面，并探讨其内部的非线性过程。虽然三阶谐波产生（THG）和三光子发光的产生，后者是受材料损耗的影响较小，并已显着增强了60倍。相应的模拟表明，这种改善是由于入射激光在钙钛矿超颖表面的共振增强所致。有趣的是，这种共振增强的三光子发光适用于具有小周期数4的超颖表面，使得钙钛矿超颖表面在高分辨率非线性彩色纳米打印和光学编码中具有新的应用。编码信息“NANO”仅在入射激光处于共振状态时可见。非共振泵浦和单光子激发只产生均匀的暗或光致发光背景。
2019-04-02 physics.app-ph physics.optics
Improved in-situ characterization of electrochemical interfaces using metasurface-driven surface-enhanced infrared absorption spectroscopy
电催化在实现向绿色能源过渡方面发挥着至关重要的作用，推动了从制氢到二氧化碳减排的研究方向。了解电化学反应对于提高其效率并弥合通往可持续零碳未来的差距至关重要。表面增强红外吸收光谱（SEIRAS）是一种合适的方法，用于研究这些过程，因为它可以监测化学特异性的反应机制。然而，它仍然难以检测电化学反应的许多相关方面，如短寿命的中间体。在这里，我们开发并实验实现了一个集成的纳米光子电化学SEIRAS平台，用于电化学实验过程中出现的分子信号痕迹的原位调查。具体来说，我们实现了一个铂纳米槽超颖表面具有强烈增强的电磁近场和光谱目标在弱振动弯曲模式的吸附CO在~2033 cm-1。至关重要的是，我们的铂纳米槽超颖表面提供高分子灵敏度。共振可以在中红外光谱的宽范围内调谐。与传统的非结构化铂层相比，我们的纳米光电化学平台将实验检测到的特征吸收信号大幅提高了27倍，从而能够检测到信号弱、转换快或表面浓度低的新物种。通过提供对催化反应的更深入了解，我们预计我们的纳米光子电化学平台将为电化学SEIRAS，表面增强拉曼光谱以及其他化学领域的反应研究（如光电催化）开辟令人兴奋的前景。
2023-01-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Light-controlled multi-phase structuring of perovskite crystal enabled by thermoplasmonic metasurface
卤化物钙钛矿属于半导体材料的重要家族，具有独特的电子特性，能够实现无数的应用，特别是在光电子学和光电子学中。它们的光学性质，包括光致发光量子产率，受到影响，并显着增强在晶体缺陷的对称性被打破，态密度增加。这些晶格畸变可以通过结构相变引入，允许电荷梯度出现在相结构之间的界面附近。在这项工作中，我们展示了在单个钙钛矿晶体中的受控多相结构。该概念使用铯铅溴（CsPbBr 3）放置在热等离子体TiN/Si超颖表面上，并使单相，两相和三相结构能够在室温以上按需形成。这种方法开辟了具有独特的电子和增强的光学特性的动态控制异质结构的应用前景。
2023-01-12 physics.optics
Nonlinear Processes in Multi-Quantum-Well Plasmonic Metasurfaces:Electromagnetic Response, Saturation Effects, Limits and Potentials
非线性超颖表面的基础上耦合的局部增强的等离子体激元响应的n-掺杂的多量子阱（MQW）的子带间跃迁最近提供了二阶极化率的数量级大于任何其他非线性平面结构测量到目前为止。在这里，我们提出了一个全面的理论来描述发生在基于MQW的等离子体超颖表面的非线性过程的电磁响应，提供了一个均匀的模型，该模型考虑了单元格水平的相位匹配以及饱和和损耗的影响。此外，这些超颖表面的非线性响应上的MQW过渡的饱和所施加的限制解析推导，揭示有用的指导方针，以设计具有增强性能的设备。我们的方法首先使用实验数据进行验证，然后应用到理论上研究新的设计，能够实现显着的二次谐波产生效率在红外频段。
2015-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
