High-Efficiency All-Dielectric Metasurfaces for Ultra-Compact Beam Manipulation in Transmission Mode
超颖表面是二维光学结构，能够完全控制光的振幅、相位和偏振。与等离子体超颖表面不同，平面硅结构有利于高传输、低损耗以及与现有半导体技术的兼容性。在这里，我们报告了在电信波长的传输模式下具有全2pi相位控制的高效率偏振敏感电介质超颖表面的实验演示。这样的硅超颖表面有望实现一个多功能的光学平台，在芯片上实现全光学电路。
2015-07-25 physics.optics
Total angular momentum sorting in the telecom infrared with silicon Pancharatnam-Berry transformation optics
轨道角动量（OAM）和偏振的并行排序最近在从电信到高维量子密码学的广泛领域中获得了极大的重要性和兴趣。由于其固有的偏振敏感的光学响应，作用于几何相位的光学元件被证明对于借助于单个光学平台处理具有正交偏振状态的结构化光束是有用的。在这项工作中，我们提出了设计，制造和测试的Pancharatnam-Berry光学元件在硅实现对数极化光学变换在1310 nm的OAM分选机的实现角动量和线性动量状态之间的保角映射的基础上。超颖表面以连续变化的亚波长光栅的形式实现，从而在相位图案的定义中提供高分辨率。一个混合装置被制造组装的超表面的几何相位控制与多级衍射光学的偏振无关的操纵的动态相位。光学表征证实了同时分选轨道角动量和圆偏振的能力。
2019-02-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Enabling low threshold laser through an asymmetric tetramer metasurface harnessing polarization-independent quasi-BICs
该研究提出在纳米盘四聚体超表面中引入气孔打破面内对称性，实现电信波段双波段准BICs，所构建超紧凑偏振无关器件可通过光泵浦实现超低阈值、窄线宽双模激光，为相关领域应用提供新方案。
2024-11-26 physics.optics
Efficient polarization insensitive complex wavefront control using Huygens' metasurfaces based on dielectric resonant meta-atoms
亚波长薄超颖表面在控制光学波前方面显示出了巨大的潜力，从而为高效平面光学的发展开辟了新的途径。特别是惠更斯基于全介电共振超原子的超表面，由于其偏振不敏感性和高透射效率，已经显示出巨大的实际应用潜力。在这里，我们实验证明了偏振不敏感的全息惠更斯超表面的基础上，能够在电信波长的复杂波前控制的介电共振元原子。我们的超颖表面在远场产生全息图像，具有82%的透射效率和40%的成像效率。这种有效的复杂波前控制表明，惠更斯基于共振介电元原子的超颖表面是超颖表面在波前设计相关技术中的实际应用的一大步，包括计算机生成的全息图，超薄光学，安全和数据存储设备。
2016-02-02 physics.optics
Directional lasing at high oblique angle from metasurface exhibiting multivalley dispersion
我们报告了一个超颖表面激光器在谷极值的多通道能量动量色散。这种特殊的色散形状是通过混合不同对称性和相反有效质量的高品质因数光子模式获得的。激光效应发生在高倾斜角（$\sim$ 20度），在电信波长范围（$\sim$ 1580 nm），在硅衬底上，并在室温下工作。我们的研究结果显示了微激光器在集成光子学和光束控制应用中的多路色散的潜力。它也为研究谷电子物理的各种特征，如自发动量对称破缺、双模压缩和动量空间中的约瑟夫森振荡开辟了道路。
2018-10-06 physics.optics
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
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
Electro-Optically Tunable Universal Metasurfaces
几十年来，在纳米尺度上塑造光的流动一直是纳米光子学的一个巨大挑战。现在广泛认识到，超颖表面代表了能够通过适当配置亚波长天线元件来全面控制光的波前的芯片级纳米光子阵列技术。在这里，我们展示了一个通用的可重构元表面，即，理论上能够使用没有移动部件的紧凑、重量轻、电子控制的阵列在电信波长范围内提供不同的光学功能。通过电光控制的散射光的相位从相同的个人元表面元件，我们展示了一个单一的原型通用可编程元表面，能够使用一个单一的设备的动态光束转向和可重构的光聚焦。因此，具有可调谐光学天线阵列的可重构通用超颖表面可以通过散射光相位、振幅和偏振的可编程阵列级控制来执行任意光学功能，类似于电子学中的动态和可编程存储器。
2019-10-04 physics.app-ph physics.optics
Electro-optical modulation of light polarization in a nonlocal lithium niobate metasurface
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；EPFL, Insitute of Mechanical Engineering, Laboratory of Nanoscience for Energy Technologies（洛桑联邦理工学院机械工程学院纳米能源技术实验室）；ETH Zürich, Department of Physics, Institute for Quantum Electronics（苏黎世联邦理工学院物理系量子电子研究所）；Università di Brescia（布雷西亚大学）
该研究通过铌酸锂超材料实现电信波段光偏振的高效电光调制，利用高Q准束缚态增强调制效果，展示了紧凑平台在子波长电光器件中的应用潜力。
2026-02-02 physics.optics
Linear and nonlinear optical tuning with Sb$_2$S$_3$-based metasurfaces
Nottingham Trent University（诺丁汉特伦特大学）；Nanchang Institute of Science and Technology（南昌理工学院）；Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
本文实验展示了Sb₂S₃超表面在单片和混合Sb₂S₃-Si平台上的独特性质，通过激光诱导相变实现高达92%的透射调制深度和~150 nm的共振位移，并利用高Q混合共振增强非线性三次谐波产生，调谐范围达~40 nm。
2026-06-12 physics.optics
Full-duplex Reflective Beamsteering Metasurface Featuring Magnetless Nonreciprocal Amplification
非互易辐射是指电磁波辐射，其中结构在入射场方向的改变下提供不同的响应。现代无线电信系统需要能够进行全双工非互易波处理和放大的通用设备，特别是在反射状态下。为了实现这样一个独特的，非凡的和通用的功能，我们提出了一个架构，其中一系列级联辐射贴片链集成了非互易移相器，提供了一个原始的和有效的设备全双工反射波束控制。这种双折射反射超颖表面可以通过简单地改变梯度有源双折射非互易移相器的偏置来提供定向和多样化的辐射波束、大的波放大、可操纵波束，并且不受不期望的时间谐波的影响。在反射状态下完成了所有这些功能之后，超表面代表了用于高效、可控和可编程的波工程的显著装置。
2021-09-12 physics.app-ph physics.optics
Ultra-high-Q resonances in plasmonic metasurfaces
等离子体纳米结构有望实现超薄亚波长器件，降低功率操作阈值并实现超颖表面中的非线性光学功能。然而，这一前景基本上被电阻损耗引入的吸收所削弱，导致超表面社区远离等离子体，转而支持替代材料平台（例如，提供较弱的场增强，但是更可容忍的损耗。在这里，我们报告了一个等离子体元表面的质量因子（Q因子）为2340的电信C波段利用表面晶格共振（SLR），超过记录的数量级。此外，我们发现，SLR保留了许多相同的好处，如局部等离子体共振，如场增强和强约束的光沿金属表面。我们的研究结果表明，SLR提供了一个令人兴奋的和未开发的方法来定制入射光场，并可以铺平道路，灵活的波长尺度的设备，任何光学谐振应用。
2021-02-24 physics.optics
All-optical free-space routing of upconverted light by metasurfaces via nonlinear interferometry
本文利用非线性周期超表面，通过三次谐波与和频产生之间的干涉，实现了电信波段光子上转换至可见光后的全光自由空间路由，调制效率高达90%，为高速全光信息处理和增强成像与生物传感提供了新途径。
2023-07-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum-Well-Metasurface to Maximize Nonlinear Polarization
Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Department of Materials, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院材料系）；Microelectronics Research Center and Electrical and Computer Engineering Department, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校微电子研究中心及电气与计算机工程系）
本文通过设计GaAs/AlGaAs异质结构与高品质因子介电超材料，优化非线性极化率，实现1.57微米波长下1.6 nm/V的二次非线性张量元素，通过超材料提升至14 nm/V，展示出在近红外到可见光谱范围内的大有效非线性。
2026-04-16 physics.optics
All-Dielectric Silicon/Phase-Change Optical Metasurfaces with Independent and Reconfigurable Control of Resonant Modes
由纳米结构的高折射率材料（通常是Si）阵列组成的全介电超颖表面正在重写在光的操纵方面可以实现的东西。这样的设备支持非常强的磁共振以及电共振，并且没有严重限制其等离子体对应物的性能的欧姆损耗。然而，基于电介质的超颖表面的功能是通过设计固定的，即光学响应通过纳米谐振器的尺寸、布置和索引固定。如果主动/可重构控制是可能的，则可以解决更广泛的应用。我们在这里证明了这一点，通过一个新的混合超颖表面的概念，其中主动控制是通过嵌入深亚波长夹杂物的可调硫属化物相变材料内的高折射率硅纳米圆柱体的身体。此外，通过相变层的战略布局，以及其相态的切换，我们显示了对超表面共振的选择性和主动控制。这产生了新的功能，我们展示了通过一个双到单波段元开关同时在O和C电信频段。
2019-01-15 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
Fullwave design of cm-scale cylindrical metasurfaces via fast direct solvers
本文提出适配超表面的快速直接积分方程求解器，实现厘米级二维超表面的线性复杂度全波仿真与可复用域压缩，并设计1厘米超透镜和大光束宽度光栅耦合器。
2023-08-15 physics.comp-ph physics.optics
Broadband switchable terahertz half-/quarter-wave plate based on a graphene-metal hybrid metasurface
本文提出一种石墨烯-金属混合超表面，通过调节石墨烯费米能级在太赫兹波段实现半波片与四分之一波片的宽带动态切换，共享带宽达0.52 THz，相对带宽50%，可应用于太赫兹传感、成像和电信。
2022-07-04 physics.app-ph physics.optics
Highly efficient, tunable, electro-optic metasurfaces based on quasi-bound states in the continuum
本研究提出基于连续谱中准束缚态的高效反射式电光超表面，实现通信波段95%调制深度，演示电可调相衬成像，为高速时空光调控等应用提供支撑。
2024-12-13 physics.app-ph physics.optics
Design, fabrication, and spectral characterization of temperature-dependent liquid crystal-based metamaterial to tune dielectric metasurface resonances
可调谐介电亚表面纳米结构在光学应用中提供了令人难以置信的性能，这是由于其非凡的偏振可调谐性和在红外范围内以低损耗设计光的光的色散。在这篇文章中，我们设计和实验测量的全介质亚波长硅纳米粒子的可调谐性的帮助下，基于温度的折射率的液晶在电信制度。用数值软件模拟了由高介电纳米盘包围的双液晶（NLC）结构，用预取向材料组装，并通过傅里叶变换红外（FTIR）光谱进行了光学测量。模拟结果与实际测量结果相一致，表明该调谐器达到了30nm的可调谐性。利用各向异性的温度依赖性非线性电容器，以不同的速率对高介电纳米盘的电和磁共振模式进行剪裁。各向异性到各向同性液晶液晶的相位切换实现了全介电超颖表面的两种模式的光谱调谐，并且修改了超颖材料结构的光学响应的对称性。
2022-01-17 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable Superdirective and Superabsorptive Aperiodic Metasurfaces
该研究提出非周期加载亚波长散射体阵列理论，通过差异化负载突破Floquet周期约束，实现可重构超指向分束、亚衍射聚焦和超越完美吸收等多功能电磁波操控。
2025-03-18 physics.app-ph physics.optics
High-directivity multi-level beam switching with single-gate tunable metasurfaces based on graphene
本文提出一种基于石墨烯单栅调谐的介质超表面，通过逆向设计实现高定向性多级波束切换，在8 μm波长下两级切换定向性超95%、衍射效率近50%，并展示了向三级和四级切换推广的可行性。
2024-10-01 physics.comp-ph physics.optics
In-line Dispersion Control of Femtosecond Laser Pulses by Multilayer Huygens' Metasurfaces
Friedrich-Schiller-University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）；Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所）
本研究实验展示了多层惠更斯超表面实现对飞秒激光脉冲的在线色散控制，无需空间分离光谱成分，累积相位达8π，群延迟色散约3969 fs²，有效补偿啁啾并压缩脉冲，提供紧凑可扩展的集成平台。
2026-10-07 physics.optics
Cryogenic Dielectric Metasurface-Integrated Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
本文提出一种极低温介电超材料集成的单元素SNSPD，通过减小活性区域实现高SDE，并在电信波长处实现偏振分辨光探测。
2025-12-18 physics.optics quant-ph
Nanoscale optical nonreciprocity with nonlinear metasurfaces
本文提出一种基于硅与VO2混合纳米谐振器二维阵列的非线性超表面，利用光触发VO2相变实现无需外部偏置的纳米级宽带光学非互易性。
2024-04-23 physics.optics
Fully-control of OAM vortex beam and realization of retro and negative reflection at oblique incidence using dual-band 2-bit coding metasurface
本文提出了一种反射型双频2位编码元表面（CM）设计，以实现在两个不同的工作频带，独立的双频功能。我们特别感兴趣的是通过编码的传播/动态相位，以实现和完全控制的轨道角动量（OAM）涡旋光束（VB）的双波段，独立地控制线偏振入射波。在这方面，我们执行数字加法运算，结合传统的OAM和相位梯度的编码序列，以构建拟议的CM。建议的CM生成和转向的OAM-VB与不同的拓扑电荷在较低和较高的频带，独立。类似地，所提出的CM通过结合传统OAM的编码序列和分裂相位单元来进一步扩展用于OAM-VB成形，并且，我们讨论了两种不同的场景。首先，进行OAM-VB分裂以独立地在低带和高带中实现不同的拓扑电荷。其次，实现了四光束整形，验证了本文提出的概念。最后，我们还研究了反射光束方向可以进一步独立控制，以实现在两个不同的工作波段的异常，负和回射。提出的概念将开辟多功能元器件的可能性，并将在许多应用中，如光学空间，量子光学，空间模式复用的电信，天文学等是有用的。
2019-05-17 physics.optics
Ultrawide-angle diffraction-limited 2D beam steering via hybrid integrated metasurface-photonic circuit
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Pi Inc.（2Pi公司）；Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART)（新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；NASA Langley Research Center（美国国家航空航天局兰利研究中心）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
本文提出了一种基于硅光子集成电路和光学元表面的混合集成平台，实现超宽角度衍射限的二维束流转向，适用于自由空间光学系统，如卫星间光学链路、航空LiDAR等。
2026-04-14 physics.optics
Ultrafast all-optical switching in nonlinear 3R-MoS$_2$ van der Waals metasurfaces
该研究展示了3R-MoS₂范德华超表面通过准连续谱束缚态实现SHG效率增强超100倍，并利用C₃ᵥ对称性实现近统一调制深度的超快偏振切换，为纳米非线性光学提供变革性平台。
2025-03-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Metasurface optical characterization using quadriwave lateral shearing interferometry
针对现有超表面表征多依赖光强测量的局限，提出采用四波横向剪切干涉法（QLSI），以高灵敏度和空间分辨率实现各类超表面的完整光学表征，并通过两类超表面的多种器件验证了该技术的通用性。
2020-08-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optically tunable Mie-resonance VO2 nanoantennas for metasurfaces in the visible
超表面是一种纳米结构的表面，可以允许任意操纵光。在其设计中实现动态可调性可以允许超表面的光学功能随意快速修改。光学特性的最显著和鲁棒的可调谐性由诸如二氧化钒（VO 2）和碲化锗锑（GST）的相变材料提供，但是它们的实现仅限于近红外波长。在这里，我们证明了具有广泛可调米氏共振的VO 2纳米天线可以用于设计可调超表面在可见光范围内。在以前的演示中的介电-金属相变诱导的可调谐性相比，我们表明，介电Mie谐振VO 2纳米天线提供显着的散射和消光调制深度（5-8 dB和1-3 dB，分别）在可见光的可调谐性。此外，这些强共振可以使用连续波激光器进行光学切换。我们的研究结果建立了VO 2纳米结构作为光学可调超颖表面的低损耗构建块。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Achiral dielectric metasurfaces for spectral and polarization control of valley specific light emission from monolayer MoS2
本研究将单层MoS2与非手性硅盘阵列超表面集成，通过耦合Mie模式增强并控制了谷特定吸收与发射，实现了激子和trions偏振度的对称提升，为片上谷电子学应用迈出重要一步。
2023-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multiplexing-oriented plasmon-MoS2 hybrid metasurfaces driven by nonlinear quasi bound states in the continuum
非线性等离子体超颖表面的快速发展使得超颖表面具有许多新颖的光学特性，在频率计量、时序表征和量子信息等方面具有潜在的应用前景。然而，非线性光学响应的光谱通常基于线性光学共振。在这项工作中，波长复用的非线性等离子体激元-MoS 2混合超颖提出了抑制现象，其中多个非线性信号可以同时处理和可选的调谐。从经典方法和量子方法两个方面给出了描述连续介质中非线性等离子体束缚态的清晰物理图像。特别地，在普通的等离子体激元-极化激元效应之外，我们用数值方法证明了在红外波段MoS 2的巨大的BIC激发的二阶非线性极化率$10^{-5}$ ~ $m/V$。在我们的研究中的新颖之处在于存在的量子振荡器，可以通过抑制和增强的非线性准BIC。这种可选择的基于非线性BIC的抑制和增强效应可以可选地阻挡不期望的模式，从而导致更窄的线宽以及更小的量子衰减率，这在慢光相关技术中也是有希望的。
2020-11-11 physics.optics
Compact Plasmonic Logic Gates Enabled by Magnetoelectric Light Funneling for On-Chip Optical Computing in the Telecom Band
本文提出一种基于磁电光漏斗效应的紧凑型MIM等离激元波导结构，在700×460 nm尺寸内实现NOT、AND、OR三种逻辑门，对比度18.69 dB，工作于1400-1450 nm电信波段，利于片上光计算集成。
2025-09-07 physics.optics
Analog Optical Computing Based on Dielectric Meta-reflect-array
在本文中，我们实现了模拟计算的概念，使用一个阵列的工程梯度介质元反射阵列。所提出的配置由单独的亚波长硅纳米块与熔融二氧化硅间隔物和银接地层相结合组成，实现具有全相位覆盖$2π$度以及幅度范围$0$至$1$的反射光束。光谱重叠的电和磁偶极共振，这种高折射率介电超颖表面可以局部地和独立地操纵入射电磁波的振幅和相位。这种实际上可行的结构克服了由等离子体超颖表面施加的实质性限制，例如吸收损耗和可见光范围内的低偏振转换效率。使用这样的CMOS兼容的和容易集成的平台承诺高效的基于双平面波的计算系统，其规避了传统的笨重的基于透镜的信号处理器的缺点。基于空间傅里叶变换的这些关键性质和一般概念，我们设计并实现了通信波长范围内的微分器和积分器等宽带数学算子。
2016-05-23 physics.optics
Hybrid MoS$_2$-gap-mode metasurfaces photodetectors
二维二硫化钼（MoS $_2$）具有原子级薄的厚度和独特的带隙电子结构，被广泛认为是开发下一代超紧凑、轻质光电子器件的有吸引力的新材料。与此同时，最近出现的超颖表面已经在超紧凑的亚波长维度内展示了对电磁场的卓越可控性，提供了前所未有的方法来提高光电子器件的性能。在这项工作中，我们提出了一个集成的超颖表面与二维半导体材料，以实现偏振敏感，快速响应的光电探测器。所报道的设备是最紧凑的混合二硫化钼间隙等离子体元表面探测器。依靠由超颖表面提供的显著的电磁场限制来增强光吸收并减少表面状态，这通常限制光生载流子的寿命，我们测量了增强的光电流和快速的检测速度。此外，由超颖表面引入的强光学各向异性用于有效地控制光电探测器的偏振灵敏度。该工作为提高二维材料基光电探测器的性能提供了一种可行有效的解决方案。
2019-07-12 physics.app-ph physics.optics
Gate-tunable emission of exciton-plasmon polaritons in hybrid MoS2-gap-mode metasurfaces
二维光学纳米谐振器阵列（称为超颖表面）的设计进展目前正在实现各种各样的新型平面光学部件。该技术提供的对电磁场的显着控制可以进一步扩展到主动状态，以便实时操纵光特性。在这方面的贡献，我们耦合激子共振的原子薄二硫化钼单层与间隙表面等离子体（GSP）超颖表面，并证明选择性增强激子等离子体极化激元发射。我们进一步证明了可调发射通过控制界面上的电荷密度，通过在MOS结构的电门控。跨越两个非常活跃的研究领域，这种电可调发光超颖表面的演示能够在极端的亚波长维度上实时操纵光与物质的相互作用。
2019-07-12 physics.app-ph physics.optics
Polarization- and wave-vector selective optical metasurface with near-field coupling
本研究提出了一种具有近场耦合的极化和波矢选择性光学超材料，通过调控极化和波矢实现高效的极化滤波和光源应用。
2025-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Polarization-Sensitive Diffractive Optics and Metasurfaces: "Past is Prologue"
该研究从功能视角对比了超构表面的偏振调控能力与过往衍射光学元件的特性，厘清了二者的异同点。
2025-05-20 physics.optics
Dielectric Metasurfaces for Complete Control of Phase and Polarization with Subwavelength Spatial Resolution and High Transmission
超表面是平面结构，其局部地修改反射或透射中的光的偏振、相位和振幅，从而使得能够实现具有由设计控制的功能的光刻图案化的平坦光学部件。透射超颖表面特别重要，因为实际上使用的大多数光学系统都是在透射中操作的。已经实现了几种类型的透射超颖表面，但是透射效率低或者对偏振和相位的控制有限。在这里，我们展示了一个基于高对比度介电椭圆纳米柱的超颖表面平台，该平台提供了对偏振和相位的完全控制，具有亚波长空间分辨率和实验测量的效率范围从72%到97%，具体取决于确切的设计。这样的完全控制使得能够使用相同的超材料平台实现大多数自由空间透射光学元件，诸如透镜、相位板、波片、偏振器、分束器以及偏振可切换相位全息图和任意矢量光束发生器。
2015-09-04 physics.optics
Trapped mode control in metasurfaces composed of particles with the form birefringence property
开发先进光子器件的进展依赖于引入新材料，发现物理原理以及构建其组件时的最佳设计。基于激发极高品质因数俘获模式（也称为连续体中的束缚态，BIC）的原理操作的光学系统是非常感兴趣的，因为它们允许实现具有突出特性的激光器和传感器器件。在本文中，我们讨论了如何利用新材料（过渡金属二硫属化物，TMD）的各向异性特性，特别是，块体二硫化钼（MoS2），实现在介电超颖表面的陷阱模式的激发。块状MoS2是一种薄膜结构，其中光波的行为与具有形状双折射性质的单轴各向异性材料中的光波相同。我们的超颖表面是由一个阵列的圆盘形的纳米粒子（共振器）的MoS2材料的假设下，MoS2的各向异性轴可以倾斜的磁盘的旋转轴。我们进行了详细的分析，这样的各向异性谐振器的本征波和散射特性，以及超颖表面的光谱特征，揭示依赖于所使用的MoS2材料的各向异性轴取向上的捕获模式的激发条件。
2023-01-15 physics.optics
Tailoring the Thickness-Dependent Optical Properties of Conducting Nitrides and Oxides for Epsilon-Near-Zero-Enhanced Photonic Applications
新兴的光子材料-导电氮化物和氧化物-的独特性质，特别是它们的可定制性，大的损伤阈值，以及所谓的ε近零（ENZ）行为，使新的光子现象跨越光学电路，可调超颖表面和非线性光学器件。这项工作探讨了直接控制的多晶氮化钛（TiN）和铝掺杂氧化锌（AZO）的光学性能，通过定制的薄膜厚度，和他们的潜力ENZ增强的光子应用。我们表明，氮化钛AZO双层作为Ferrell Berreman超颖表面厚度可剪裁的ε近零共振的AZO薄膜中操作的电信波长从1470到1750 nm。双层堆叠也充当强光吸收器在紫外线制度采用辐射ENZ模式和法布里-珀罗模式的组成TiN膜。所研究的Berreman超颖表面表现出15%的光致反射调制与皮秒响应时间。结合导电氧化物和氮化物的光学响应可定制性，利用可调谐ENZ区域附近的场增强可以实现广泛的非线性光学现象，包括全光开关，时间折射和高次谐波产生。
2022-03-26 physics.app-ph physics.optics
Efficient Lasing in MoS$_2$/WSe$_2$-Based Metasurfaces Enabled by Quasi-Dark Magnetic Dipole Resonance
本文提出将强共振光学超表面与 MoS$_2$/WSe$_2$ 异质双层结合，利用准束缚态中的垂直磁偶极共振实现约 $6~\mathrm{kW/cm^2}$ 的超低激射阈值，并引入时域耦合模式理论为高性能超薄发光表面的设计与研究提供高效准确方法。
2025-10-13 physics.optics
Nonlinear Phase Control and Anomalous Phase Matching in Plasmonic Metasurfaces
超表面，特别是包含基于等离子体的金属元素的超表面，构成了一组特别有吸引力的材料。借助于现代纳米光刻制造技术，可以构造平坦的、半透明的光学元件。然而，尽管它们具有很强的光学非线性，等离子体超颖表面到目前为止主要是在线性范围内进行研究。在这里，我们介绍了全非线性相位控制超颖表面等离子体元素。我们发现，在一个相位梯度非线性超颖表面的非线性相互作用的一个新的异常非线性相位匹配条件普遍存在，这是线性超颖表面的广义Snell定律证明的非线性模拟。该相位匹配条件与其它已知的相位匹配方案非常不同。光学非线性的亚波长相位控制为基于超颖表面的平面非线性光学元件的设计提供了基础。我们展示的平面非线性元件（即透镜）作为频率转换信号的发生器和操纵器。
2015-05-21 physics.optics
Giant Second Harmonic Generation from 3R-MoS$_2$ Metasurfaces
本研究利用3R-MoS$_2$超表面中的准束缚态实现巨二次谐波产生，通过高Q因子和优化扭转角使SHG强度增强2000倍，转换效率达约1%，为非线性光学应用提供新途径。
2025-03-26 physics.app-ph physics.optics
General lossless polarization and phase transformation using bilayer metasurfaces
元表面光学元件能够以亚波长分辨率进行波前控制和偏振操纵。由诸如矩形纳米柱的线性双折射超原子制成的超表面通常用于控制相位和偏振，但是这些超原子的单层不能实现具有椭圆偏振或圆偏振本征态的变换（即，手性转化）。这里，示出了包括线性双折射超原子的两个级联超表面层提供了足够多的自由度来实现任意单一相位和偏振变换。描述了一种用于这种超结构的系统设计方法，并用于设计不能由单层双折射超原子实现的双焦点超透镜。所提出的设计和实现技术介绍了一种系统的方法，实现最一般形式的无损偏振和相位转换，使用超颖表面，具有高效率。
2022-03-31 physics.optics
Recent twists in twisted light: A perspective on optical vortices from dielectric metasurfaces
光学涡旋是流体力学中研究的流体涡旋的电磁模拟。在这两种情况下，由光或流体构成的波前都像螺旋一样围绕其传播轴扭曲-这一类比也启发了光学涡旋概念的第一个命题。尽管涡旋是自然界中最基本的拓扑激发之一，但它们在自然系统中很少以电磁形式存在，除了天文学中的能量源，如类星体，类星体和黑洞。大多数光学涡旋是在实验室中通过多种方法人工产生的。在这里，我们提供了我们的观点，在过去的十年中，冲击光学技术-超表面，平面纳米结构超材料-与其用于成型和控制光学漩涡的具体重点。
2020-09-29 physics.optics
Exceptional points in parity-time symmetric plasmonic Huygens metasurfaces
宇称-时间（PT）对称光学结构表现出一些独特而有趣的特性，其中最受欢迎的是例外点。虽然PT对称性的新兴概念已经在庞大的光子设计中得到了广泛的研究，但其在纳米光子非厄米等离子体系统中的奇异功能仍然相对未被探索。为了实现这一目标，在这项工作中，我们分析了由活性金属-介电核-壳纳米颗粒阵列组成的等离子体惠更斯超颖表面的不寻常特性。通过计算不同增益水平下超表面的反射和透射系数，证明了当异常点形成时，超表面存在无反射透射。所提出的新的有源超颖表面设计具有亚波长厚度，并可用于实现超紧凑的完美传输光学滤波器。
2023-01-17 physics.optics
Large-scale parameterized metasurface design using adjoint optimization
光学超颖表面是亚波长超原子的平面排列，其对入射光实现宽范围的变换。设计高效的元表面需要精确地模拟元原子的响应和元原子之间的相互作用。传统上，每个元原子的响应近似于位于周期性阵列中的元原子的响应。虽然这种近似对于具有缓慢变化的元原子的元结构是准确的，但它不能准确地模拟更快速变化的元表面中的元原子之间的复杂相互作用。基于优化的设计技术，依赖于全波模拟缓解了这个问题，但迄今为止，主要是应用于小元表面的拓扑优化。在这里，我们描述了一个伴随优化的设计技术，使用参数化的元原子。我们的技术具有较低的计算成本比拓扑优化方法，使大规模的超表面的设计，可以很容易地制造。作为概念证明，我们提出了高数值孔径超透镜的设计和实验演示，其效率明显高于传统设计的对应物。
2021-01-15 physics.optics
Highly tunable elastic dielectric metasurface lenses
介电超颖表面是由纳米散射体组成的二维结构，其以亚波长空间分辨率操纵光波的相位和偏振，从而实现用于自由空间光学的超薄组件。虽然已经示出了具有各种功能的高性能设备，包括使用常规光学设置难以实现的一些功能，但大多数演示的组件具有固定的功能。在这里，我们展示了高度可调的超颖表面设备的基础上亚波长厚硅纳米柱封装在一个薄的透明弹性聚合物。作为概念的证明，我们展示了在915 nm处工作的超颖表面微透镜，通过径向应变将焦距从600 $μ$ m调谐到1400 $μ$ m，同时保持衍射极限焦点和高于50 $\%$的聚焦效率。所展示的可调超颖表面概念对于开发超薄、多功能和可调光学器件具有高度的通用性，其应用范围从消费电子到医疗设备和光通信。
2016-04-12 physics.optics
Analysis of Bessel Beam Generation Using MetaMaterials in Photonic Integrated Circuits
本文通过理论分析和仿真，提出一种在硅波导上布置同心环超表面阵列的光子芯片设计，用于在光通信和太赫兹波段产生贝塞尔光束，实现了500 um无衍射范围和超过80%的辐射效率。
2024-06-09 physics.app-ph physics.optics
Dispersive optomechanics of supercavity modes in high-index disks
在这项工作中，我们研究了在电信波长的连续介质中的光学准束缚态和高折射率波长大小的圆盘中的GHz机械模式之间的色散耦合。我们表明，这样的腔可以显示与光机械晶体腔（$g_{0}/2π\backsimeq$ 800 kHz）的光机械耦合率的值。有趣的是，光学谐振与机械模式在远高于10 GHz的频率的光机耦合似乎是可以实现的。我们还表明，在基板上的机械泄漏，可以大大减少通过放置在薄的二氧化硅基座的磁盘。我们的研究结果提出了一种新的路线，超紧凑的光机械腔，可以潜在地安排在大规模的阵列，形成光机械元表面。
2020-09-17 physics.optics
Ultrathin and Multicolor Optical Cavities with Embedded Metasurfaces
在过去的几年里，光子超颖表面已经展示了它们卓越的和多样化的能力，通过将电磁辐射限制在这些人造薄膜的深亚波长厚度内来实现对光传播的先进控制。在这里，我们证明了超颖表面还提供了新的无与伦比的能力，以减少集成光学元件和系统的整体尺寸。我们提出了一种新颖的方法，将超颖表面嵌入最基本的光学元件之一-光学腔-以大幅缩小光学腔的厚度。我们应用这种方法来设计和实现一个基于超颖表面的纳米腔，其中的法布里-珀罗干涉原理已被修改，以减少腔厚度低于传统的半波长最小值。此外，具有嵌入超颖表面的纳米腔可以支持多个频带的独立可调谐谐振。作为概念验证，使用100 nm纳米腔体内的纳米结构超颖表面，我们实验证明了高空间分辨率的彩色滤光和光谱成像。所提出的方法可以外推到紧凑的集成光学系统，如VCSEL，高分辨率空间光调制器，成像光谱系统和生物传感器。
2017-11-15 physics.optics
High-responsivity MoS$_2$ hot-electron telecom-band photodetector integrated with microring resonator
报道了一种基于金-钼$_2$结与氮化硅微谐振器（MRR）集成的高响应热电子光电探测器，用于探测电信波段的光。氮化硅MRR的倏逝场与Au-MoS $_2$肖特基结区的耦合增强了热电子注入效率。该器件在1516 nm波长处具有154.6 mA W-1的高响应率，在1500 nm-1630 nm波长范围内具有均匀的响应率。这种MRR增强的二硫化钼热电子光电探测器为集成光电系统提供了可能性。
2022-07-02 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Broadband highly-efficient dielectric metadevices for polarization control
基于具有电和磁Mie型共振的介电纳米结构表面的元器件已经导致迄今为止功能性平面光学器件的最佳效率，只有一个缺点：窄的操作带宽。在这里，我们实验证明宽带透明的全介质超颖表面高效的偏振操纵。我们利用广义惠更斯原理，叠加的散射贡献从几个电和磁多极模式的组成元原子，实现相消干涉在反射在一个大的光谱带宽。通过采用这种新的概念，我们展示了无反射（约90%的透射率）的半波片，四分之一波片，矢量光束q板，可以在多个电信频段与约99%的偏振转换效率。
2016-03-23 physics.optics
