Overcoming losses with gain in a negative refractive index metamaterial
基于全矢量三维Maxwell-Bloch方法，研究了在负折射率渔网状超材料中利用增益来克服损耗的可能性。我们表明，适当放置光泵激光染料（增益）到超材料结构的结果在一个频带中的非双各向异性超材料成为放大。在该区域中，有效折射率的实部和虚部同时变为负值，并且品质因数在两个不同的频率点处发散。
2010-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Experimental realization of a full-band wave antireflection based on temporal taper metamaterials
针对现有时间抗反射模型带宽受限的问题，本研究实验实现了时间锥度超材料，构建基于压控变容二极管的一维器件，实现全波段宽带抗反射与灵活阻抗匹配。
2025-11-18 physics.optics
Nonlocal effects in temporal metamaterials
非定域性是光子学中的一个基本概念。例如，空间调制超材料中的非局域波-物质相互作用可以产生新的效应，如巨电磁手性，人工磁性和负折射。在这里，我们研究了{ \em temporal}超材料中空间非局域性引起的效应，即，介电常数随时间快速调制的介质。通过严格的多尺度方法，我们介绍了时间周期性异向介质的非局域有效介质理论的一般和紧凑的形式。特别是，我们研究了两种情况：{ \em i）}周期性的时间调制，和{ \em ii）}时间边界的介电常数突然改变的时间和周期性调制。我们发现，这些配置可以引起奇特的非局部效应，我们强调的相似性和差异相对于空间超材料同行。有趣的是，通过定制有效的边界波-物质相互作用，我们还确定了一个有趣的配置，时间超材料可以执行入射波包的一阶导数。我们的理论结果得到了全波数值模拟的支持，引入了可能为新应用铺平道路的关键物理成分。通过充分利用时间反演对称性破缺，非局域时间超材料有望成为高效、可调谐的光学计算器件。
2022-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical loss compensation in a bulk left-handed metamaterial by the gain in quantum dots
研究了一种具有渔网结构的左手材料，利用PbS量子点中的高斯增益，通过表面等离子体激元放大实现了对左手材料光损耗的补偿。通过反演方法证实了200 THz附近的光学共振增强。通过研究传输损耗对增益系数和超材料厚度的依赖关系，数值验证了在一定增益系数下，左手响应可以承受较大的传输厚度，且损耗超低且稳定。
2009-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strategy for designing broadband epsilon-near-zero metamaterial with loss compensation by gain media
提出了一种宽带增益掺杂近零ε（GENZ）超材料的设计策略。基于有效介电常数的Milton表示，该策略在无量纲谱空间中开始，其中GENZ超材料的有效介电常数简单地由对应于工作频率范围的极零结构确定。GENZ超材料的物理结构是通过一个易于处理的逆问题从零极点结构恢复。该策略在实际应用中具有很大的优势，并从理论上揭示了频谱空间中宽带近零介电常数现象的抵消机制。
2012-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Gain in Three-Dimensional Metamaterials utilizing Semiconductor Quantum Structures
我们展示了在三维金属/半导体超材料的光学有源半导体量子结构的集成增益。在包含量子阱的应变半导体层的顶部上的金属结构的卷起允许我们实现由损耗金属和放大增益材料的交替层组成的三维超晶格。我们表明，通过超晶格的传输可以增强激发下的脉冲或连续波激发的量子阱光学。这表明，我们的结构可以作为一个起点，为任意的三维超材料，包括增益。
2011-04-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Neural network design of multilayer metamaterial for temporal differentiation
本文提出利用神经网络算法设计多层超材料，以在电信波长下计算入射调制信号包络的时间导数，实现快速、低误差的模拟计算。
2022-08-24 physics.app-ph physics.optics
Toy model for plasmonic metamaterial resonances coupled to two-level system gain
我们提出，解决，并讨论了一个简单的模型的超材料纳入光学增益：一个单一的玻色子共振耦合到一个费米子（倒）两级系统共振通过本地场的相互作用。对于给定的稳态反演，该模型可以解析求解，揭示了丰富的各种各样的（法诺）吸收/增益线型。我们还给出了一个解析表达式的固定反转所产生的增益钉扎在稳态条件下。此外，“激光SPASER”的动态响应，即，它的弛豫振荡，可以通过简单的数值计算在同一模型内获得。因此，这个玩具模型可以被看作是通常的激光速率方程的近场光学对应。
2008-09-04 physics.optics
Short-Pulsed Metamaterials
我们研究了一类时间的超材料，其特征在于随时间变化的介电常数波形的持续时间远小于特征波动力学时标。在空间和时间超材料之间的类比中，这种短脉冲状态可以被视为超表面的时间对应物。我们介绍了一个通用的和紧凑的分析形式主义建模的电磁波包的短脉冲超材料的相互作用。具体来说，我们阐明了本地和非本地的影响，以及时间反演对称性破缺的作用，我们展示了如何利用它们来执行基本的模拟计算，如一阶和二阶导数。我们的理论，对全波数值模拟验证，提出了一种新的路线操纵电磁波，而不依赖于长，周期性的时间调制。正如超材料表面在传统（空间）超材料的技术可行性和实用性方面发挥了关键作用一样，短脉冲超材料可能会促进时间和时空超材料的发展。
2022-05-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Broadband and Wide-Angle Nonreciprocity with a Nonhermitian Metamaterial
我们从理论上证明了一个非厄米超材料表现出宽带和广角非互易性。超材料由平面金属-介质层组成，具有奇偶时间（PT）对称的损耗和增益分布。随着损耗和增益的增加，能带结构和带隙被强烈地修改;此外，PT电位导致不同的内部场分布时，从不同的侧面照射。包括由自然损耗和增益饱和引起的非线性导致在50 nm波长和60 $^{\circ}$度角范围内的可见光中的非互易透射。
2017-12-14 physics.optics
Trapped-mode excitation in all-dielectric metamaterials with loss and gain
基于在单个光学系统内组合损耗和增益介质的非厄米光子学提供了许多控制和产生光的流动的方法。在本文中，我们表明，通过引入非厄米微扰到系统的损耗和增益成分，高品质的共振被称为捕获模式可以激发，而不需要改变对称性的单位细胞的几何形状。为了证明这一想法，我们考虑了一种广泛使用的全介质平面超材料，其单位单元由一对由有序（损耗）和掺杂（增益）硅制成的矩形纳米天线组成。由于陷模共振的品质因数可以通过改变空间对称性和非厄米性来控制，因此改变损耗和增益可以补偿非对称性的影响并恢复局域模的品质因数。所获得的结果提出了在非厄米特超材料中实现高质量共振的新方法，这些方法有望在纳米光子学的许多实际应用中发挥作用。
2022-11-02 physics.optics
Multi-fold Enhancement of Quantum Dot Luminescence in a Plasmonic Metamaterial
我们报道了将半导体量子点与等离子体超材料杂交导致其光致发光光谱的强度增加和变窄。发光增强是腔量子电动力学Purcell效应的明确表现，可以通过超材料的设计来控制。这一观察是理解增益介质的超材料中的损耗补偿和开发超材料增强增益介质的重要一步。
2010-08-27 physics.optics
Temporal Interfaces in Metamaterials with Shape-Varying Inclusions
Aalto University（阿尔托大学）
本研究提出解析与数值框架，证明通过改变超材料中圆柱夹杂物的几何形状（如半径或截面形状）可实现时间散射、频率转换及能量流方向控制，并预测共振区可增强时间瞄准效应。
2026-09-24 physics.optics
Temporal Effective Medium for Programmable Acoustic Metamaterials with Multiple Resonances
本文将有效介质理论推广到具有多重共振的时间调制声学超材料，推导出共振强度与频率调制下的显式平均规则，为可编程非厄米声学器件设计提供统一框架。
2025-05-09 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Stimulated Brillouin scattering in metamaterials
我们计算SBS增益的超材料包括一个立方晶格的介电球悬浮在背景介电材料。理论方法来计算的光学，声学，和光声参数，描述了在长波长的材料的SBS性能。利用电磁和应变能量密度，我们准确地描述了超材料的光学和声学特性。从结合能量密度方法和微扰理论，我们恢复适当的条款的光弹性张量的超材料。我们证明，电致伸缩不一定是在超材料中的SBS增益系数的增强和抑制的主导机制，而其他参数，如布里渊线宽，可以占主导地位。例子中，表现出一个数量级的增强SBS增益以及完美的抑制。
2016-06-10 physics.optics
High-order virtual gain for optical loss compensation in plasmonic metamaterials
针对复频率波在极端损耗下信号迅速衰减至零的问题，提出高阶虚增益合成波方法，在保持损耗补偿效率的同时减缓衰减速率，在等离子体共振系统中实现20倍噪声抑制，广泛适用于成像、生物传感和集成光子信号处理。
2025-05-28 physics.optics
Active metamaterials: sign of refraction index and gain-assisted dispersion management
我们推导出一种方法来定义的因果方向的波矢量的模式在光学超材料，这反过来又决定了符号的折射率和阻抗的{ \it实部和虚部的介电常数和磁导率的函数。我们使用开发的技术来证明，超材料的成分的共振响应之间的相互作用，可以用来实现有效的色散管理。最后，我们展示了宽带色散的折射率和阻抗匹配在有源陶瓷基负折射率材料。我们的工作开辟了新的实际应用负折射率复合材料的宽带透镜，成像和脉冲路由。
2007-04-27 physics.gen-ph physics.optics
Modulation theory in PT-Symmetric Magnetic Metamaterial Arrays in the continuum limit
本文研究了一维非线性宇称时间（PT-）对称磁性超材料中具有增益和损耗的裂环二聚体的动力学行为。对于长波（连续）极限近似和弱非线性极限，我们显示的间隙孤子解的存在性和对称性破缺现象的增益/损失项的临界值的解析结果。
2013-10-18 physics.optics
Gain assisted harmonic generation in near-zero permittivity metamaterials made of plasmonic nanoshells
我们研究了由球形等离子体纳米壳层组成的增益辅助的近零介电常数超材料中的增强谐波产生过程。我们报告的存在下，窄带功能的传输，反射和吸收诱导的活性材料的存在下的核心内的纳米壳。用于实现近零有效介电常数条件的阻尼补偿机制也引起场局部化和强度的显著增加，从而增强线性吸收。当只考虑金属非线性时，通过探测在近零介电常数条件附近的结构获得的二次和三次谐波产生效率接近值高达低至的辐照度值。这些结果清楚地表明，一个相对简单的路径，现在存在的发展奇异的和极端的非线性光学现象，在千瓦/厘米2的范围
2012-10-05 physics.optics
Gain and plasmon dynamics in negative-index metamaterials
光子超材料允许一系列令人兴奋的应用无法实现与普通的光子晶体。然而，它们的元原子的金属性质可能导致增加的光学损耗。增益增强超材料是解决这个问题的一个潜在方案，但现实的三维设计的概念是一个具有挑战性的任务。从基本的电动力学和量子力学方程出发，我们建立并部署了一个严格的理论模型，用于光波与金属（纳米）结构和增益介质内部和周围的自由和束缚电子的空间和时间相互作用。导出的数值框架使我们能够自洽地研究相干等离子体增益相互作用，非线性饱和，场增强，辐射阻尼和空间色散的动力学和影响。利用数值泵浦-探测实验，我们研究了具有染料分子夹杂物的双鱼网超材料结构的反转轮廓的建立和低Q腔中等离子体激元模式的形成。我们发现，全损耗补偿发生在一个政权的超材料的有效折射率的实部变得更负相比，被动的情况下。我们的研究结果提供了一个深刻的洞察内部过程如何影响的整体光学性能的有源光子超材料培育新的方法来设计的实际损失补偿等离子体纳米结构。
2011-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Lossless Airy Surface Polaritons in a Metamaterial via Active Raman Gain
提出了一种利用有源喇曼增益实现线性和非线性艾里表面极化激元（SP）无损传输的方案。我们建议的系统是一个由负折射率超材料（NIMM）和电介质叠加的平面界面，其中掺杂三能级量子发射体。利用量子发射体的自激共振产生的场效应和NIMM的电磁响应之间的相消干涉效应，我们证明了NIMM的欧姆损耗和量子发射体的光吸收都可以完全消除。因此，非衍射艾里SP可以传播非常长的距离而没有衰减。我们还表明，克尔非线性的系统可以大大提高由于量子发射器的引入，因此可以在系统中产生具有非常低的功率的无损艾里表面极化激元孤子。
2016-04-15 physics.optics
Gain-Driven Discrete Breathers in PT-Symmetric Nonlinear Metamaterials
介绍了一种由具有增益和损耗的开环二聚体组成的一维宇称时间（PT）对称非线性磁性超材料。当非线性是不存在的，我们发现一个确切的一个破碎的PT相位之间的过渡;在前者的系统具有两个带隙的频谱的形状确定的增益和损耗系数，以及单元间的耦合。在非线性的存在下，我们数值计算表明，作为一种新型的长寿命的稳定的离散呼吸子的增益/耗散匹配的结果，可以形成以下的带的下分支没有衰减。在这些局域模式中，能量在两个相邻的分裂环之间几乎相等地分配，一个分裂环具有增益，另一个分裂环具有损耗。
2013-04-05 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
Propagation through metamaterial temporal slabs: transmission, reflection and special cases
本文研究时变超材料时间平板的散射特性，推导散射系数与折射率及施加时间的关系，证明可用时间维度控制响应，为时间匹配网络、布拉格光栅等零空间占用器件奠定基础。
2025-02-05 physics.class-ph physics.optics
Self-consistent calculations of loss compensated fishnet metamaterials
我们提出了一种计算方法，允许一个自洽的治疗三维（3D）鱼网超材料耦合到增益材料纳入纳米结构。我们数值计算表明，可以通过将增益材料内的渔网结构补偿的损失。补偿损耗所需的泵浦速率远小于体增益和品质因数（FOM =| Re（n）/Im（n）|）随着泵送速率显著增加。传输，反射和吸收数据，以及检索的有效参数，提出了渔网结构和增益材料。有效参数的Kramers-Kronig关系与有增益的反演结果吻合得很好。
2010-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Metamaterial control of stimulated Brillouin scattering
使用完整的光声数值模拟，我们证明了增强和抑制的SBS增益的超材料，包括一个亚波长立方阵列的介电球悬浮在介电背景材料。我们开发了一个一般的理论框架，并提出了几个数值例子，使用技术上重要的材料。对于硅中的As $_2$ S $_3$球，与纯硅相比，我们实现了超过一个数量级的增益增强，并且对于硅中的GaAs球，获得了完全抑制。As $_2$ S $_3$玻璃的增益也可以通过嵌入二氧化硅球来强烈抑制。示出的增益系数的组成项依赖于在一个复杂的方式上的填充分数。我们发现电致伸缩是体相介质中SBS控制的主要效应。
2016-05-10 physics.optics
Dispersion effects in thermal emission from temporal metamaterials: High-frequency cut-offs
本文指出了时变超材料热发射谱在高频区的非物理发散行为源于非色散响应假设，并通过引入色散响应函数升级理论体系，实现了高频截止以消除发散，从而正确计算发射谱。
2024-10-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Asymmetric frequency conversion with acoustic non-Hermitian space-time varying metamaterial
时空调制超材料在参量放大、频率转换和非互易传输等方面有着极其丰富的应用。然而，时空调制的实验实现是非常不平凡的，阻碍了许多有趣的物理，从理论上预测到实验证明。在这里，基于所提出的具有软件定义的脉冲响应的虚拟化超材料，我们通过允许材料增益和损耗在时域中进行量身定制和平衡，实验实现了用于高效和非对称频率转换的非厄米时空变化超材料。在频率变换应用中，时空变化能力和非厄米性的结合使得我们可以通过增益-损耗平衡来减小主带，同时提高边带变换的效率。此外，我们的软件定义的超材料的方法是灵活的，以实现与设计能力的声学系统中的量子干涉的模拟。在不同原子之间施加额外的调制相位延迟允许控制这种干涉以在频率转换中获得非对称放大。
2020-09-27 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Exceptional points in transistor-metamaterial inspired transmission lines
本文提出一维晶体管超材料传输线，证明其非互易非厄米特性，并展示异常点处功率增益最大化，与微波放大器工作点重合。
2024-01-04 physics.app-ph physics.optics
Spaser in Coupled Metamaterials: The gain effect in a magnetic plasmon waveguide
损耗是等离子体集成光路和超材料中的关键问题。为了解决亚波长磁等离子体波导中的损耗问题，将Er，Yb共掺增益材料引入到由纳米线链组成的磁等离子体波导中。选择磁等离子体激元模式和高阶模式作为信号光和泵浦光，以提高辐射和泵浦效率。研究了不同Er 3+掺杂浓度和信号衰减时间下，信号光在波导中的传输情况。结果表明，当掺杂浓度和信号衰减时间超过一定阈值时，增益效应不仅可以补偿损耗，而且可以放大信号。
2010-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.atom-ph
Multiple actions of time-resolved short-pulsed metamaterials
最近，它已被证明，时间的超材料的本构参数的脉冲调制的基础上（持续时间远小于一个特征电磁时标）可能会表现出一个非本地的响应，可以利用，以便执行基本的模拟计算上的冲击波包。这些短脉冲超材料可以被视为传统（空间）超表面的时间模拟。在这里，受级联超材料表面类比的启发，我们利用这一概念并进一步说明短脉冲超材料可以用作更复杂计算的基本砖块。为此，我们开发了一种简单的，近似的方法来系统地模拟时间分辨短脉冲超材料的多个动作。通过一些有代表性的例子，我们说明了这种方法的计算能力，在简单和组成的操作，并验证它对严格的数值解。我们的研究结果表明，时间维度可以提供新的自由度和设计方法在新兴领域的计算超材料，除了或作为替代传统的空间变化的平台。
2022-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Temporal synthesis of optical nonlinearity through synergy of spectrally-tuneable electron and phonon dynamics in a metamaterial
本文实验证明在镜面结构超材料中，通过激发波长调控热电子与声子动力学协同作用，可在低于300飞秒内实现光谱选择性、偏振敏感的可调非线性光开关，为快速时变介质和非线性应用开辟新途径。
2024-11-25 physics.optics
Scattering properties of PT-symmetric chiral metamaterials
在光学系统中，奇偶时间（PT）对称性的增益和损耗的组合最近指出了各种新的光学现象和可能性。它们中的许多可以通过将PT对称性概念与超材料相结合来实现。在这里，我们调查的情况下，手征超材料，显示手征超材料与PT对称的增益-损耗的组合，使非常丰富的各种现象和功能。研究一个简单的一维手征PT对称系统，我们表明，与正常入射波的PT对称和手征相关的特性可以独立调谐和叠加几乎在意志。另一方面，在斜入射下，手征性影响所有的PT相关的特性，也导致新的和不寻常的波传播功能，如不对称的传输和不对称的光学活性和椭圆率。所有这些功能都是高度可控的手征和入射角，使PT对称的手征超材料在大范围的偏振控制寻求应用的价值。
2020-05-13 physics.optics
Theory of light amplification in active fishnet metamaterials
我们建立了一个理论，跟踪光放大的有源双渔网超材料回到它的微观起源。基于光/等离子体激元场的从头计算，我们直接从坡印廷定理提取与增益/损耗通道相关的能量率和转换效率。我们发现，对于负折射率模式的辐射损失和增益超过电阻损失的两个以上的因素，打开一个广泛的窗口的稳态放大（自由的不稳定性）访问，即使当考虑到接近金属的增益降低。
2011-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Analytic Inverse Design of Temporal Metamaterials via Space-Time Duality
University of Sannio（萨尼奥大学）；University of L’Aquila（拉奎拉大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文提出基于时空对偶性和一维空间逆散射理论的分析逆设计框架，通过指定反射和传输响应形式，获得物理上可行的折射率调制，实现对时域超材料的直接分析控制，应用于数学算子和滤波器的合成。
2026-04-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetic Permeability Time-varying Metamaterials at Microwave Frequencies
本文利用坡莫合金构建GHz磁导率时变超材料，实现4 GHz微波的非对称上下变频，并通过数值计算证明高效上变频源于非线性磁化动力学。
2025-03-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Temporal Brewster angle
本文提出时间布儒斯特角概念，利用时间调制介电常数从各向同性快速切换为各向异性张量，在特定入射角下消除时间反射波、仅保留时间透射波，并给出闭式解析表达式，为时间超材料实时调控电磁波传播与波物相互作用提供新思路。
2021-02-26 physics.app-ph physics.optics
$\mathcal{PT}$-Symmetry-Induced Wave Confinement and Guiding in Epsilon-Near-Zero Metamaterials
受宇称-时间对称概念的启发，我们证明了ε-近零超材料中增益和损耗的明智空间调制可以诱导以零衰减为特征的指数束缚界面模式的传播。具体参考双层配置，通过色散方程的分析研究和参数化，我们表明，这种波导机制可以在中等增益/损耗水平的存在下维持，并且它变得泄漏（即，辐射）低于增益/损耗阈值。此外，我们探索了一种可能的基于棒的超材料实现，基于现实的材料成分，它捕获了波导机制的基本特征，与我们的理论预测非常一致。我们的研究结果可能为光学器件和可重构纳米光子学平台的设计开辟新的可能性。
2015-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Comment on: Power loss and electromagnetic energy density in a dispersive metamaterial medium
通过澄清Luan（Phys. Rev. E，2009）的方法，我们可以推广色散（Meta）材料的分析，并处理其他材料响应，不仅涉及损耗，还涉及增益和相干响应。
2012-06-27 physics.class-ph physics.optics
Light scattering in pseudo-passive media with uniformly balanced gain and loss
我们介绍了一类具有均匀平衡的增益和损耗与复介电常数和磁导率常数的超材料。这种平衡的伪无源超材料的折射率是真实的。无界均匀伪无源介质的输运特性与具有相同实折射率的真正无源无耗介质的输运特性相似。然而，有界的伪被动样品显示出一些意想不到的散射功能，可以进一步强调，包括这样的元素在光子结构。
2015-01-09 physics.optics
Resonance amplification of left-handed transmission at optical frequencies by stimulated emission of radiation in active metamaterials
我们证明了通过引入有源介质层作为衬底，由周期性排列的双环组成的金属超材料的左手共振传输可以扩展到可见光谱。在这种有源系统中，金属内部在光频处的严重欧姆损耗由辐射的受激发射补偿。由于最近提出的激光spaser的共振放大机制，左手传输带可以恢复到610 nm波长，取决于有源层的增益系数。此外，双环单元的不同缩放级别的阈值增益进行了研究，以评估在不同的频率范围的左手传输恢复的增益要求。
2008-12-06 physics.comp-ph physics.optics
Gain/Loss-free Non-Hermitian Metamaterials
本研究提出在无增益/损耗的厄米系统中，通过拓扑绝缘体与导体界面实现非厄米效应，展示耗散性非互易输运，并利用超材料化进行实验验证，为光学和电子学构建非厄米系统提供新途径。
2025-04-21 physics.optics
Observation of Temporal Reflections and Broadband Frequency Translations at Photonic Time-Interfaces
本文报告了在开关传输线超材料中观测到的光子时间反射与宽带频率平移，通过同步开关阵列突变改变有效电容，并利用双时间界面实现了 Fabry-Perot 腔的时间对应物，为时间超材料与极端光子调控奠定基础。
2022-11-04 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
Resonant plane waves in metamaterials with dipoles and quadrupoles coupled with quantum system
在这里，多极方法[13]与密度矩阵形式主义相结合，用于建立具有增益的振荡器的模型。这种方法使我们能够调查分析或半分析的增益和磁性能的磁共振器之间的相互作用，内部不稳定的操作模式的spasers（MA耦合发射器，其中的磁共振器组成）的传播特性的影响，并最终优化MM设计。此外，所提出的模型与先前提出的方法[16]一致（实际上是其在平面波传播问题上的自然扩展），并且从另一方面非常清晰和可观察。本文给出的结果解决了由[12]和[35-38]引起的讨论。
2013-08-21 physics.optics
Scaling of losses with size and wavelength in nanoplasmonics and metamaterials
我们表明，对于谐振金属-电介质结构，在所有三个维度上具有光的亚波长限制，除非在光谱的远IR和THz区域或以下操作，否则损耗不能显著降低到金属本身的损耗以下。这种高损耗不能通过引入由于Purcell引起的复合时间缩短而导致的增益来补偿。低损耗光学超材料的唯一设计方法是使用未知的负介电常数低损耗材料。
2011-10-04 physics.optics
Active Negative Index Metamaterial Powered by an Electron Beam
介绍了一种新型的有源负折射率超材料，它的增益来自于电子束。这种超材料由一堆等距的平行金属板组成，金属板上有一排周期性的孔，形状像互补的开口环谐振器。结果表明，这种结构支持一个负折射率的横向磁电磁模式，可以与相对论电子束共振相互作用。这种超材料可以用作相干辐射源或粒子加速器。
2012-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Control and Dynamic Competition of Bright and Dark Lasing States in Active Nanoplasmonic Metamaterials
有源纳米等离子体超材料支持竞争增益的亮模式和暗模式。利用Maxwell-Bloch方法结合朗之万噪声，我们研究了有源纳米渔网结构中的激光动力学。我们报告说，激光的明亮的负折射率模式是可能的，如果较高的Q值的暗模式是由增益歧视，空间或光谱。在瞬态阶段的非线性竞争之后是稳态发射，其中亮模式和暗模式可以共存。分析了泵浦光强度和偏振态对模式的影响，并探讨了模式控制的方法。
2012-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Incandescent temporal metamaterials
本文基于宏观量子电动力学建立时间调制介质热辐射的量子理论，揭示跨频跨位电流关联、超黑体辐射及真空放大，并提出可全波矢窄带发射的ENZ白炽时间超材料。
2022-10-11 physics.optics quant-ph
Giant nonlinear response of 2D materials induced by optimal field-enhancement gain mode in hyperbolic meta-structure
超材料中的共振模式已被广泛用于放大实际器件应用中的2D材料的光学响应。然而，谐振模式下的高损耗严重阻碍了超材料的应用。在这里，我们引入一个场增强增益（FEG）的因素，找到FEG模式显着改善光-物质相互作用。作为示范，我们实验比较了单层二硫化钼的二次谐波产生的增强诱导的最佳FEG和双曲元结构中的共振模式。在最佳的FEG模式下，我们获得了22145倍的增强和1.1*10-6 W-1的转换效率，这分别是一个和两个数量级高于以前报道的单层MoS 2。实现了超过~80 nm的宽带高FEG区域，其中非线性增强大于由谐振模式引起的增强。FEG因子的概念对超材料具有普遍意义，为超材料的应用开辟了一条新的途径。
2020-09-21 physics.optics
Time-periodic Metallic Metamaterials defined by Floquet Circuits
本文利用Floquet等效电路研究了金属性时间调制异向介质中的散射和衍射现象。具体来说，我们专注于一个时间周期的屏幕，交替之间的“金属”和“空气”的状态。我们推广我们以前的方法，通过引入“宏周期”和“占空比”的概念的时间调制。这允许分析时间周期性金属超材料，其调制比通常是有理数。此外，随着占空比的引入，完美的时间对称性在时间调制内被打破，因为时间屏幕可以在金属和空气状态下保持不同的时间量。前面的陈述导致衍射现象的丰富和新的自由度，可以利用在工程上控制电磁波的反射和透射。最后，我们提出了一些分析结果，验证了一个自我实现的时域有限差分（FDTD）方法。结果表明，利用占空比和调制比可以分别独立控制散射能级和衍射角。因此，可以有效地设计新颖的基于时间的脉冲源和波束形成器
2022-11-23 physics.app-ph physics.optics
Different regimes of ultrashort pulse propagation in disordered layered media with resonant loss and gain
含有损耗和增益成分的不同光学纳米结构作为各种纳米光子和等离子体应用的新型先进材料和构建块吸引了越来越多的关注。所谓的有源超材料的独特可调光学特征支持它们在微米和纳米尺度上用于传感，成像和信号处理。然而，这种可调谐性需要对超材料参数的灵活控制，这可以通过涉及一组非线性相互作用来提供。在本文中，我们提出了一种方法来管理超短脉冲通过改变一个随机的有源超材料中的人口差异无序的水平。这使得能够提供三种不同的相互作用机制：自诱导透明性（低无序），局域化机制（中度无序），以及对应于强烈不同的光脉冲速度的光放大（强无序）。由于这种控制可以通过相当简单的工具来实现，比如简单的泵浦调谐，因此所提出的无序介质为设计用于一整套高度要求的光学应用的特殊有源组件打开了一个机会的空间。
2019-07-12 physics.optics
Experimental observation of effective gravity and two times physics in ferrofluid-based hyperbolic metamaterials
最近有人提出，双曲型超材料中的异常光波表现出两次物理行为（Phys. Rev. Lett. 105，067402，2010）。通过对铁/钴基双曲型超材料的类重力非线性光学的研究，我们在实验上观察到了这种效应。除了传统的时间坐标外，沿超材料光轴方向的空间坐标也表现出类时特性，这导致了这些系统中非常不寻常的二次物理行为。
2020-08-20 gr-qc physics.optics
Spin-controlled photonics via temporal anisotropy
基于时变本构特性的时间超材料为先进的场操纵提供了新的可能性。在这项研究中，我们探索的能力，各向异性的时间板，它依赖于突然变化的时间从各向同性到各向异性的响应（反之亦然）。我们的研究结果表明，这些平台可以有效地操纵波自旋维度，允许一系列有趣的自旋控制光子操作。我们证明了这些能力，通过自旋相关的模拟计算和自旋轨道相互作用的影响，涡流的产生的例子。这些结果为时间超材料领域提供了新的见解，并在通信，光学处理和量子技术中提出了潜在的应用。
2023-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Analytical Equivalent Circuits for Three-dimensional Metamaterials and Metagratings
针对三维超材料分析复杂、计算成本高的问题，提出基于Floquet-Bloch模展开与积分方程的全解析框架及等效电路，可高效分析斜入射下的相关结构，还能实现正交偏振态独立控制，为全金属偏振片制备提供新思路。
2023-10-06 physics.app-ph physics.optics
PT-Symmetric Nonlinear Metamaterials and Zero-Dimensional Systems
研究了一种一维、奇偶时间（${\cal PT}$）对称的磁性超材料，其包括具有增益和损耗的开口环谐振器。在线性制度，从确切的过渡到破碎的${\cal PT}$ -相位是通过计算的两种不同的配置的本征频谱确定的;一个等距分裂环和其他分裂环形成一个二进制模式（${\cal PT}$二聚体链）。后一种系统的特点是两个波段，间隙频谱，其形状由增益/损耗系数以及元件间耦合决定。在非线性存在下，具有平衡增益和损耗的${\cal PT}$二聚体链在线性谱的下支以下以新颖的离散呼吸子形式支持非线性局域模。这些呼吸子可以通过频率啁啾从弱的外加磁场激发，随后可以仅通过增益驱动很长时间。增益和损耗之间的小的不平衡的影响也被考虑。基本增益驱动呼吸子占据二聚体的两个位置，而它们的能量几乎相等地分配在两个分裂环之间，一个有增益，另一个有损耗。我们还介绍了一个模型方程的经典${\cal PT}$对称性在零维的调查，实现了一个简单的谐振子与匹配的时间相关的增益和损失，表现出从振荡到发散运动的过渡。这种行为类似于在高维${\cal PT}-$对称系统中从精确到破缺的${\cal PT}$相的过渡。在分段常数增益/损失函数的情况下，得到的问题的参数相关的稳定性条件，允许建设的相图交替稳定和不稳定的区域。
2013-04-02 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
