Robust kHz-linewidth distributed Bragg reflector laser with optoelectronic feedback
我们展示了一个光学和电子反馈的组合，显着缩小了分布式布拉格反射器激光器（DBR）的线宽。我们使用来自长外部光纤路径的光反馈来降低激光器的高频噪声。放置在光反馈路径内部的电光调制器允许我们将电子反馈应用于具有非常大带宽的激光频率，从而实现对抑制激光噪声的低频分量的参考腔的鲁棒和稳定锁定。光学和电子反馈的组合使我们能够显著降低激光器在所有频率上的频率噪声功率谱密度，并将其线宽从1.1 MHz的自由运行值缩小到1.9 kHz的稳定值，这受到检测系统分辨率的限制。这种方法能够在宽波长范围内基于DBR构建具有亚kHz线宽的鲁棒激光器。
2019-10-07 physics.optics
Silicon-Enhanced Nanocavity: From Narrow Band Color Reflector to Broadband Near-Infrared Absorber
本文提出一种硅增强的非对称法布里-珀罗纳米腔，通过介电-半导体-介电间隔层实现近单位彩色反射，仅5 nm厚度变化即可调色，并借助抗反射涂层在800-1600 nm范围实现近单位宽带吸收，适用于显示与热光伏。
2024-11-22 physics.app-ph physics.optics
Effects of surface roughness and top layer thickness on the performance of Fabry-Perot cavities and responsive open resonators based on distributed Bragg reflectors
本文系统分析了表面粗糙度和顶层厚度变化对基于分布式布拉格反射器的法布里-珀罗腔及开放谐振器性能的影响，揭示纳米级粗糙度会显著降低品质因子并限制其最大可达到值，并通过纳米声学传感器案例强调了在材料生长和器件制造中控制粗糙度的关键意义。
2023-09-24 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
Ultra-light Å-scale Optimal Optical Reflectors
许多最先进的光学器件中的高反射率是用贵金属实现的。然而，金属受到损耗的限制，并且对于某些应用，受到其高质量密度的限制。使用从头算和光学传输矩阵计算的组合，我们评估了石墨烯基纳米尺度超材料的行为，发现它们可以在中长波红外（IR）范围内充当近乎完美的反射器。电子-声子散射和带间激发的低态密度导致石墨烯异质结构在大于$10~μ$ m的波长下的前所未有的光学性质，特别是石墨烯和六方氮化硼的交替原子层。在这些波长下，这些材料在贵金属重量的一小部分下表现出超过99.7%的反射率，以及与贵金属相比大一个数量级的等离子体模式限制和品质因数。这些发现为中红外应用的超紧凑光学元件和波导提供了希望。此外，与金属不同，这些异质结构的光子特性可以通过化学和/或静电掺杂进行主动调谐，为可调谐器件提供激发可能性。
2017-07-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Perfect anomalous reflection using compound metallic metagratings
超渐变是波前操纵的新概念，与相位梯度超表面不同，超渐变不会遭受低效率，并且还具有较不复杂的制造工艺。本文提出了一种用于反常反射的复合金属光栅（每个周期内有多个狭缝的周期性结构）。用解析方法分析了这种光栅的电磁响应，给出了高阶衍射反射系数的解析表达式。所提出的方法进行了验证，全波模拟和结果是非常一致的。利用复合金属光栅的几何非对称性，设计了垂直入射时的反常反射。在给出反射系数解析表达式的基础上，通过将入射光功率全部转移到（-1）衍射级，设计了一种理想的反常反射镜。本研究中设计的结构具有99.9%的前所未有的接近单一的效率。最后，提出了一种多元复合金属光栅，用于反射30 °以下的垂直入射，这是一个具有挑战性的成就。复合金属光栅的这种优异性能显示了其在微波和太赫兹波前操纵应用中的巨大潜力。
2019-12-19 physics.app-ph physics.optics
Functional metamirrors
传统的反射镜遵循斯涅耳反射定律：平面波以相同的角度反射。为了设计从镜子反射的场的空间分布，可以塑造反射器（例如，创建抛物面反射器）或在镜面顶部放置一些相位校正元件（例如，设计反射阵列天线）。在这里，我们表明，理论和实验，全功率反射与反射波相位的一般控制是可能的，与深亚波长夹杂物的单层阵列。这些建议的人工表面，元反射镜，提供了各种功能的形状或不均匀的反射器，而不利用任何镜子。这可以实现，只有当阵列中的夹杂物的前向和后向散射可以独立地设计，我们证明，这是可能的，使用电和磁极化夹杂物。所提出的亚波长内含物在工作频带具有所需的反射特性，而在其他频率下，该阵列实际上是透明的。超对称反射镜的概念导致了在整个电磁波谱上的各种应用，例如用于卫星的光学透明聚焦天线、用于射电天文学的多频反射器天线、用于电信的低轮廓共形天线以及用于集成光学的纳米反射阵列天线。
2014-11-20 physics.optics
Super-resolution for a point source better than λ/500 using positive refraction
Leonhardt（2009）证明了2D Maxwell Fish接目镜（MFE）可以完美地聚焦任意频率的2D亥姆霍兹波，即，它可以完美地将由点源产生的向外（向外）的2D亥姆霍兹波场传输到位于相应图像点处的“完美点漏极”。此外，已经制造并测试了一个微波频率具有λ/5超分辨率特性的原型（Ma等人，2010）。然而，软件模拟或实验测量的宽带频率尚未报告。在这里，我们提出了模拟与MFE等效的设备，称为球形测地线波导（SGW），预测高达λ/500的超分辨率接近离散频率的非完美漏。这些频率与球对称系统的著名舒曼共振频率直接相关。在这些频率之外，SGW在所执行的分析中没有显示出超分辨率。
2011-07-13 physics.optics
Perfect interference-less absorption at infrared frequencies by a van der Waal's crystal
传统上，实现完美吸收的努力需要使用复杂的基于超材料的结构以及依赖于相消干涉来消除背反射。在这里，我们已经从理论上和实验上证明了这种完美的吸收可以使用天然存在的材料，六方氮化硼（hBN），由于其高的光学各向异性，而不需要干涉效应来吸收入射场。在中红外光谱范围内的p-偏振光中观察到这种效果，我们提供了完整的理论描述的起源完美的吸收，以及实现这种效果的方法与其他材料。此外，虽然这是针对单轴晶体hBN报道的，但这同样适用于双轴晶体和更复杂的晶体结构。无干扰吸收是光学领域的基本兴趣;此外，这种材料可以在频率选择表面、吸收涂层和在红外线中操作的感测设备的设计中提供额外的灵活性层。
2015-10-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Interference control of perfect photon absorption in cavity quantum electrodynamics
提出并分析了一种在腔量子电动力学（CQED）系统中控制相干光子透射和反射的方案，该系统由一个光学谐振腔和一个由控制激光从自由空间相干制备的三能级原子组成.当控制激光器关闭，腔体两端的两个相同的光场激励腔体时，两个输入光场都能被CQED系统完全吸收，光能转化为极化激元态的激发，但没有光能从腔体中逸出。分析了两种不同的情况：（a）当控制激光被调谐到原子共振并产生电磁感应透明时，完全光子吸收被抑制，输入光场几乎完全透过腔;（b）当所述控制激光器被调谐到所述极化激元态共振并抑制所述极化激元态激发时，完全的光子吸收再次被抑制，并且输入光场几乎完全从腔反射。因此，通过简单地关闭或打开控制激光器，CQED系统可以充当完美的吸收器或接近完美的发射器/反射器。这种对相干光子-原子相互作用的干涉控制在光学逻辑器件中有着广泛的应用前景。
2016-10-07 physics.optics
Floquet Perfect Absorbers based on Periodically Driven Targets
我们介绍了多通道Floquet完美吸收体（FPA）的概念，它是周期性调制的有损耗干涉陷阱，完全吸收入射单色波。拟议的FPA协议利用Floquet工程方法，造成各种新兴的现象和功能：可重构的完美吸收（PA）的入射波的频率范围很广，PA的无穷小的本地损失，PA通过临界耦合高Q模式通过诱导背反射动态镜。
2018-08-01 cond-mat.dis-nn physics.app-ph physics.optics
Tunable and broadband coherent perfect absorbers with nonlinear and amplification performance based on asymmetric bifacial graphene metasurfaces
提出了一种非对称双面石墨烯超颖表面，实现了太赫兹（THz）波段的可调谐宽带相干完全吸收（CPA）。所提出的设计是由两个不同的石墨烯方形贴片超颖表面堆叠在一个介电基板。非线性CPA性能，而不诉诸光学非线性和放大的基础上发生的波干涉现象沿和内部的亚波长结构。在单波照明的情况下，得到了两个方向的宽带非对称反射。该响应充当所呈现的可调谐和宽带非线性CPA性能以及对吸收的逆响应（即，当附加的输入波与相反传播的入射波相干地相互作用时，放大。该器件有望成为光调制器、传感器、光电探测器和全光小信号放大器等新型片上太赫兹通信器件的重要组成部分。
2020-05-25 physics.app-ph physics.optics
Efficient Waveform Capture without Absorption with Synthesis of Complex Frequencies
Peking University（北京大学）；Zhejiang Sci-Tech University（浙江理工大学）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Peking University（北京量子信息科学研究院，北京大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
通过复频合成在无损耗系统中实现任意波形的高效捕获，无需吸收，适用于光-物质相互作用增强等应用。
2026-08-27 physics.optics
Coherent Perfect Absorbers: Time-reversed Lasers
我们表明，一个任意的身体或聚集体可以完全吸收离散频率，如果一个精确的耗散量是在特定条件下的相干单色照明。这种效应源于光吸收和波干涉的相互作用，对应于将弹性S矩阵的零点移动到实波矢轴上。因此，这是阈值激光的时间反演过程。在500-900 nm范围内照射的简单Si板几何形状中证明了该效果。相干完全吸收体是一种新型的线性光学元件，吸收干涉仪，它可能是有用的控制光能转移。
2010-03-25 physics.optics
Influence on extracted complex refractive index from phase inaccuracy of reflection-type THz-time-domain spectroscopy
本研究考察了反射式太赫兹时域光谱中参考与样品放置错位导致的相位不准确性对提取复折射率的影响，发现错位超过3 μm会引发显著误差。
2024-09-23 physics.optics
Near-perfect absorption in epsilon-near-zero structures with hyperbolic dispersion
我们研究了极化电磁波与双曲型超材料结构的相互作用，其中面内介电常数分量$ε_x$与法向分量$ε_z$的符号相反。我们发现，当超材料的厚度小于入射波的波长时，双曲超材料可以吸收比传统超材料更高的电磁能量。我们还表明，导致$\Re(ε_z) \approx 0$的波长，近完美的吸收出现，并持续在一定范围的频率和亚波长结构厚度。
2014-03-05 cond-mat.other physics.optics
Complete multipolar description of reflection and transmission across a metasurface for perfect absorption of light
将单个粒子的电磁散射和吸收特性与由这些粒子组成的二维材料的反射和透射系数相关联是一个至关重要的概念，它推动了基础物理学和应用物理的发展。它是材料特性表征以及波的相位和振幅工程的核心。在这里，我们提出了一个多极描述的反射和透射系数在一个单层的粒子使用矢量球谐分解。这使我们能够提供一个广义的条件时，发生的理想吸收时，达到所谓的\textit{generalized Kerker condition}和当叠加的奇数和偶数多极子达到一个临界值。利用这些条件，我们能够提出两种完全不同的二维材料设计，在垂直入射下完全吸收平面电磁波。一个是在中红外频率下工作的二氧化硅微球的无限阵列，而另一个是在可见光频率下工作的锗纳米簇的无限阵列。这两个体系都在一个深度多极化的体系中运作。我们的发现对于设计材料主要限于单个谐振器的偶极行为的超材料和超表面社区以及将单个粒子合成与材料组装分开的自组装和纳米化学社区都很重要。
2019-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Controllable optical bistability with perfect photon absorption
提出了一种控制三能级Λ型原子-腔系统中非线性相干完全吸收的方案。通常，在不同频率的输入探测场下，可以获得正常非线性CPA和非线性CPA。利用一个相干控制场耦合原子的基态和激发态，可以在相同的频率下获得两种不同的CPA。此外，对于双稳态CPA，高稳态和低稳态的最高输出输入比近似为1，并且双稳态区是可控的。这种可控的双折射CPA在光开关和光逻辑器件中有潜在的应用价值
2021-10-31 physics.optics quant-ph
Quantum metamaterials with magnetic response at optical frequencies
我们提出了新的量子天线和超材料在光频强磁响应。我们的设计是基于自然原子的排列，只有电偶极跃迁矩的距离小于光波长，但远大于其物理尺寸。特别是，我们表明，原子二聚体可以作为一个磁性天线在其反对称模式，以提高其附近的磁性跃迁的衰减率的几个数量级。此外，我们研究了由原子双层膜组成的超颖表面，并表明它们可以完全反射光的电场和磁场，从而形成近乎完美的电/磁镜。所提出的量子超材料可以用现有的最先进的技术制造，并在经典光学和量子工程中有多种应用前景。
2020-02-09 physics.optics
Space-Time Metasurfaces for Perfect Power Combining of Waves
在无源线性系统中，能量守恒定律禁止将来自多个输入通道的波携带的功率完全组合到单个输出通道中。在这里，我们证明了相干和非相干平面波的完全组合可以实现使用超颖表面的属性在空间和时间上的变化。所提出的结构反射相同频率的波，但以不同的角度入射到一个单一的方向。输出波的频率被超颖表面偏移，确保完美的非相干功率组合。所提出的功率组合的概念是通用的，并且可以应用于从微波到光域的电磁波，以及其它物理性质的波。
2021-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Perfect Splitting in Rectangular Waveguide Junctions for Analogue Computing
本文提出一种利用矩形波导结实现电磁波完美分束的技术，通过传输线模型和数值验证，展示了其在信号比较与路由中的应用，为高速模拟计算开辟新途径。
2023-12-21 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Coherent perfect absorbers for transient, periodic or chaotic optical fields: time-reversed lasers beyond threshold
近期作品[Y.D. Chong { \it等}，物理修订信函{ \bf 105}，053901（2010）; W. Wan { \it等人}，Science { \bf 331}，889（2011）]已经表明，在阈值处的激光发射的时间反转过程实现了相干完美吸收体（CPA）。在CPA中，具有特定耗散程度的光学腔中的损耗介质（其模量等于激光介质的增益）可以完美地吸收离散频率处的相干光波，所述离散频率是激光模式的时间反演对应物。在这里，时间反转的激射和CPA的概念被扩展为由在任意（并且通常高度非线性）制度中操作的激光器发射的光辐射，即用于瞬态、混沌或周期性相干光场。我们证明，任何电磁信号$E(t)$所产生的激光系统\textbf{S}工作在任意制度可以完全吸收CPA设备$\bf{S'}$，这是简单地实现内置\textbf{S}的宽带线性吸收器（衰减器）的适当的透射率。作为例子，我们讨论了CPA设备，完全吸收混沌激光信号和调频光波。
2012-05-23 physics.optics
Tunable mid-infrared coherent perfect absorption in a graphene meta-surface
我们利用石墨烯纳米带的超表面实现相干完美吸收（CPA）在中红外区。结果表明，准CPA频率，CPA可以证明与适当的相位调制，存在的石墨烯元表面具有强的共振行为。CPA可以通过合并元表面的几何设计和石墨烯的电可调谐性来基本上调谐。此外，我们发现基于石墨烯纳米晶介表面的CPA是可实现的与实验石墨烯数据。该研究结果可以推广到二维光电材料在光学检测和信号处理方面的潜在应用。
2015-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Doubling the near-infrared photocurrent in a solar cell via omni-resonant coherent perfect absorption
最小化薄膜太阳能电池中的材料使用可以降低制造成本并实现机械灵活的实现，但同时减少了光吸收。相干光学效应可以帮助缓解离散频率下不可避免的缺点。例如，相干完美吸收保证光在薄层中被完全吸收，而不管材料或厚度如何，但仅在共振时。在这里，我们表明，全向共振提供了这样的相干增强在一个很宽的带宽结构的光场，以抵消固有的谐振结构的角色散。在将非晶硅薄膜光伏电池嵌入平面腔中之后，使用无对准光学布置预调节入射光切断了谐振带宽与腔光子寿命之间的联系，从而使腔全谐振。相干增强的近红外吸收使目标光谱范围660至740 nm内的光电流加倍，其中每个波长都发生共振。这些结果可能为透明太阳能电池铺平道路，最佳地收集近红外线。
2020-01-13 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Measuring deviations from a perfectly circular cross-section of an optical nanofiber at the Ångström scale
本文通过测量弯曲模式分裂和散射光偏振，在埃尺度上表征了光学纳米光纤横截面与圆形的偏差，发现其呈椭圆截面且半轴差约2Å，对量子器件至关重要。
2025-05-26 physics.optics
Coherent Control of Light Scattering
最近，广泛的特殊散射效应，包括在连续的束缚态，PT对称的非厄米特系统中的例外点，以及许多其他可实现的明智的适当工程结构已被预测和证明。在这些散射效应中，那些依赖于光的相干特性的散射效应今天特别令人感兴趣。本文讨论了光子学中的相干散射效应。相干完全吸收（CPA）将完全吸收的概念推广到具有多个激发通道的系统。这种效应允许通过调整相干激发的参数来进行全光学光操纵。反过来，虚拟完美吸收（VPA）效应将CPA的概念推广到复频率和厄米特系统。与PA和CPA中的真实能量耗散相反，在VPA中，能量被捕获在谐振器中，直到激发连续指数增长，并且当激发中断时被释放。此外，VPA还提供了一种完美耦合到任何无损耗高Q谐振器的方法。最后，采用相干激励的原理可以通过相干增强无线功率传输（CWPT）效应来提高传统WPT系统的性能。
2019-04-25 physics.optics
Non-Euclidean cloaking for light waves
最近，非欧几何学与变换光学相结合，提出了一种隐形斗篷的建议，这种隐形斗篷可以避免光学奇点，因此原则上可以在光谱的宽频带内工作[U。Leonhardt和T. Tyc，Science 323，110（2009）]。这样的斗篷在几何光学的极限下是完美的，但在波动光学中不是。在这里，我们从解析和数值两方面分析了非欧几里得隐身中的全波传播。我们表明，即使在几何光学以外的制度，该设备的大小与波长相当的隐身设备执行得非常好。特别是，斗篷几乎是完美的频谱的频率是有关的球谐函数。我们还表明，随着波数的增加，该设备的工作越来越好，接近完美的行为在几何光学的限制。
2009-06-24 physics.optics
Local perfect chirality at reflection-zeros away from exceptional points in optical whispering gallery microcavity
研究基于第一性原理模型揭示强扰动光学回音壁微腔中APM反射零点可产生远离EP的局部完美手性，并阐明其与EP的参数关系。
2025-02-09 physics.optics
