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
On-chip all-dielectric fabrication-tolerant zero-index metamaterials
零折射率超材料（ZIMs）提供了前所未有的操纵光的方法，并且在广泛的应用中引起兴趣，包括光学隐身、超耦合和非线性光学中的非常规相位匹配特性。阻抗匹配的ZIM可以通过由布里渊区中心处的两个线性带（通常是电偶极子模式和横向磁偶极模式）的意外简并引起的光子Dirac-cone（PDC）色散来获得。因此，PDC只能针对超材料的几何参数的特定组合来实现，并且因此对制造缺陷敏感。这些制造缺陷可能限制在实际应用中的有用性。在这项工作中，我们克服了这个障碍，并证明了强大的全介质（AD）ZIM，支持PDC分散在宽的参数空间。我们的结构，由硅柱阵列在二氧化硅衬底上，是在硅绝缘体（SOI）平台上制造的，并在电信波长工作。
2016-08-19 physics.optics
Experimental characterization of an ultra-broadband dual-mode symmetric Y-junction based on metamaterial waveguides
硅光子集成电路通常需要具有最小损耗、小尺寸、超宽带宽和宽松制造公差的3 dB光功率分配器，以在整个芯片上分配光，并作为形成更复杂器件的关键构建块。对称Y结在其他功率分配器件中脱颖而出，因为它们的波长无关响应和简单的设计。然而，当前制造方法的有限分辨率导致两个Y结臂之间的尖端处的最小特征尺寸（MFS），这导致基模的显著损耗。在这里，我们建议利用亚波长超材料在一种新型的超宽带和制造宽容的Y型结规避这一限制。在260 nm带宽（1420-1680 nm）上的详尽实验研究表明，对于高分辨率光刻工艺（MFS约50 nm），基本横向电模式（TE 0）的过量损耗低于0.3 dB，并且对于100 nm的制造分辨率，过量损耗小于0.5 dB。具有正负10 nm的确定性引起的误差的亚波长Y结进一步证明了稳健的制造公差。此外，使用高分辨率光刻，该分束器在100 nm带宽（1475-1575 nm）内对一阶横电模式（TE 1）表现出低于1 dB的过量损耗。
2023-01-10 physics.app-ph physics.optics
Fabrication and characterization of plasmonic nanopores for Raman detection of biomolecules
在本论文中，各种等离子体材料，如双曲型超材料纳米孔阵列和Au涂覆的独立纳米组装支撑纳米孔，旨在进行DNA分子的光学传感与表面增强拉曼光谱在流通配置。
2022-11-11 physics.app-ph physics.optics
Resonant metamaterial absorbers for infrared spectral filtering: quasimodal analysis, design, fabrication and characterization
本文对金属-绝缘体-金属（MIM）基超材料在远红外波段的模态进行了分析。这些结构可以用作共振反射带切光谱滤波器，其独立于偏振和入射方向，因为准模式（与复频率相关联的模式）的激发导致准全吸收。我们制作了大面积的样品上的Si/Cr层沉积在硅衬底上的铬纳米棒光栅和测量傅里叶变换分光光度法显示出良好的协议与有限元模拟。准模态展开方法的开发，以获得降阶模型，适合非常好的全波模拟，并突出了激发条件的模式。
2014-02-03 physics.optics
Fabrication of Biaxial Hyperbolic Metamaterials with Oblique Angle Deposition
我们已经证明了一种多功能的方法，用于制造双轴双曲超材料（HALF）使用分层结构组成的二氧化钛和铜。为了实现双轴特性，应用倾斜角沉积技术来沉积柱状纳米结构形式的介电层。我们的实验特征的双轴色散使用可变角光谱椭偏测量在波长范围400 nm至900 nm。观察到平面内介电常数分量之间的显著差异，这已被证明是免疫制造误差。根据我们的方法制造的双轴隐马尔可夫模型在可见波长处提供了双ε近零特性，这些特性在7 nm的带宽上分开。所制备的双轴隐马尔可夫模型的实验表征结果与有效介质近似的预测符合得很好。我们所提出的方法可能有利于加快实现新的器件在纳米光子学应用。
2020-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hyperbolic Metamaterial Filter for Angle-independent TM-Transmission in Imaging Applications
对于传统的窄带滤光片，窄透射带的中心波长随着入射光角度的改变而经历大的偏移。在这个项目中，我们设计并实验验证了一种双曲超材料布拉格堆叠，它消除或大大减少了这种入射角依赖性（即，色散）。本计画所研制的滤波器是由垂直穿入布喇格堆叠介电层的亚波长尺寸金属线阵列所组成。我们首先讨论了为什么这样的结构有望最大限度地减少色散的物理原因，然后我们进行了详细的电磁建模，概念验证结构的制造和结构的光学测试。该滤波器是由CMOS制造技术和光学特性，使用傅里叶变换红外光谱。模拟和实验数据表明，窄带透射滤波器可以设计成使得TM偏振入射光的透射峰的中心波长不随入射光束的入射角改变而改变。这些类型的窄带陷波滤波器已被用于许多传感和成像应用，包括遥感和高光谱成像。
2022-01-15 physics.optics
Spectrally tunable linear polarization rotation using stacked metallic metamaterials
我们从理论上研究了金属超材料叠层的传输特性，并表明它能够实现选择性地呈现宽带（$Q<10$）或极窄带（$Q>10^5$）偏振旋转的完美传输。我们特别强调了堆叠结构的布置以及超材料晶胞的几何形状如何高度影响光谱域中的传输。为了这个目的，我们使用一个扩展的分析琼斯形式主义，使我们能够得到一个严格的和分析的传输表达式。这种多功能的结构可以在偏振测量或太赫兹波的光偏振控制中找到潜在的应用。
2017-02-28 physics.optics
Magnetic field-induced thermal emission tuning of InSb-based metamaterials in the terahertz frequency regime
本工作提出并验证了一种确定外加直流磁场下 InSb 光谱特性的方法，设计了在太赫兹频段具有单位窄带发射的 InSb-W 超材料，并实现了带宽和峰值波长的磁场动态调控。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Normal incidence narrowband transmission filtering in zero-contrast gratings
本文报道了基于零对比度光栅（ZCG）反射镜的正入射窄带透射滤波。计算结果表明，滤波是通过对称保护模耦合实现的。板层引入的导模使得滤波器频率可以灵活修改。滤波器的矩形结构允许简单的制造和集成到光学系统中。滤波器的品质因数可超过106。由于半导体的低折射率色散和它们的标度不变操作，这些滤波器可以应用于从近红外到太赫兹波长的宽红外范围。
2015-11-29 physics.optics
Interference theory of metamaterial perfect absorbers
超材料理想吸波体的阻抗匹配依赖于磁共振响应，其直接证据是金属结构中表面电流的反平行方向。在这里，我们提出了一个不同的理论解释的基础上的干扰，这表明，在超材料吸收器中的两层金属结构只通过多次反射与可忽略的近场相互作用或磁共振。这进一步得到了通过多次反射和叠加在谐振器阵列和接地平面的界面处导出的异相表面电流的支持。这里开发的理论解释了在窄带超材料吸收器中观察到的所有特征，因此提供了对底层物理的深刻理解。
2011-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Bulk Negative Index Photonic Metamaterials for Direct Laser Writing
我们展示了在电信波长附近的一维和二维光子负折射率超材料的设计。设计的体结构是内在连接的，这使得它们的制造可行的直接激光写入和化学气相沉积。
2008-07-29 physics.optics
Composite THz materials using aligned metallic and semiconductor microwires, experiments and interpretation
我们报告的制造方法和太赫兹特性的复合膜含有对齐的金属（锡合金）微丝或硫属化物As 2Se 3微丝。微导线阵列是由堆叠和拉伸光纤制造技术，使用多步共拉低熔点金属或半导体玻璃与聚合物一起。然后将纤维堆叠在一起并压制成复合膜。通过超材料薄膜的传输研究在整个太赫兹范围内（0.1-20太赫兹）使用FTIR和TDS的组合。含金属的超材料被发现具有强偏振特性，而含半导体的材料是偏振无关的，并且可以具有可设计的高折射率。利用传输矩阵理论，我们展示了如何反演复合薄膜的复偏振相关折射率。然后，我们详细的自洽算法检索的光学性能的金属合金的超材料层的制造中使用的有效介质近似。最后，我们通过比较使用2，3和4个连续图纸制作的样品，研究了通过重复堆叠和绘制过程制造亚微米金属线的超材料的挑战。当使用金属合金时，我们观察到相分离效应和纳米网格在小金属线上的形成。
2010-09-14 physics.optics
Substrateless metamaterials at mid-infrared frequencies
我们报告的制造和中红外传输性能的独立的薄金属膜，周期性图案化的孔在周期下降到2微米，面积为3x 3平方毫米。正方形网格制造的电子束光刻和深蚀刻技术和显示无基板孔，与金属被支持的图案化的介电氮化硅膜。中红外透射光谱的无衬底网格显示非凡的透射峰和共振吸收线与Q-因子高达22。这些光谱特征是由于辐射与表面等离子体模式的相互作用。在选定的频率下的高透射率和介电常数的负值使我们的无衬底结构的理想候选人的中红外超材料的制造。
2009-07-27 physics.ins-det physics.optics
Towards all-dielectric metamaterials and nanophotonics
我们回顾了一个新的，快速发展的领域，全介电纳米光子学，它允许控制结构化物质的磁和电响应的工程Mie共振在高指数介电纳米粒子。我们讨论了这种介电纳米粒子的光学性质，它们的制造方法，以及最近在全介电元器件，包括耦合谐振器介质波导，纳米天线和元表面的进展。
2015-03-30 physics.optics
Disorder-immune photonics based on Mie-resonant dielectric metamaterials
当光子结构的特征尺寸变得与光波长相当或甚至小于光波长时，制造缺陷不可避免地引入可能消除亚波长光子器件的许多功能的无序。在这里，我们提出了一个新的概念，以实现一个强大的带隙，可以忍受超过30的无序作为一个结果，从光子晶体米氏共振超材料的过渡。通过利用具有高折射率的Mie共振超材料，我们证明了光子波导和腔具有很强的鲁棒性的位置无序，从而提供了一种新的方法，基于带隙的纳米光子器件具有新的性能和功能。
2019-09-25 cond-mat.dis-nn physics.app-ph physics.optics
Optical Metamagnetism and Negative Index Metamaterials
一种新的人工结构材料称为超材料，可以实现自然界中不存在的电磁特性。本文综述了光学超材料领域的最新进展。纳米结构超材料可以提供人工磁响应和光频负折射率。到目前为止，已经制造了光学超磁材料，以证明在红外和整个可见光谱中的人工磁响应，而显示负折射率的超材料，也称为负折射率材料（NIM），已经在红外和可见光谱范围的边界处得到证明。在这里，我们报告的结果，显示NIM行为的红光在波长为710 nm的样品。这是迄今为止观察到光的NIM行为的最短波长（不包括建立在表面等离子体激元上的设备）。我们还讨论了制造的挑战和制造限制的影响，特别是表面粗糙度的超材料的光学性能上的制造结构。
2008-06-16 physics.comp-ph physics.optics
Inverse Design of Metamaterials with Manufacturing-Guiding Spectrum-to-Structure Conditional Diffusion Model
The University of Tokyo（东京大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；RIKEN Center for Advanced Intelligence Project（日本理化学研究所先进智能项目研究中心）
本文提出基于条件扩散模型的光谱到结构通用逆向设计框架，可生成多样且光谱准确的超材料结构，并通过热伪装自由形式超材料的设计与制造验证其有效性。
2025-06-08 cs.LG physics.optics
Narrowband and high-rate entangled photon-pair generation from a high-Q silicon microring resonator
NTT Basic Research Laboratories（NTT基础研究所）；Graduate School of Engineering, Hokkaido University（北海道大学大学院工学研究科）；NTT Device Technology Laboratories（NTT器件技术研究所）；NTT Nanophotonics Center（NTT纳米光子学中心）
本研究通过优化硅微环谐振腔结构，实现了高Q因子和高光子对生成率，展示了窄带宽与高生成率同时实现的可行性，推动了硅光子源在量子中继中的应用。
2025-11-28 physics.optics
Designing thermal radiation metamaterials via hybrid adversarial autoencoder and Bayesian optimization
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；The University of Tokyo（东京大学）；China Building Materials Academy（中国建筑材料科学研究总院）
热辐射超材料的设计是一个具有挑战性的问题，特别是高自由度和复杂的目标。在这封信中，我们开发了一种混合材料信息学方法，该方法结合了对抗性自动编码器和贝叶斯优化来设计不同目标波长的窄带热发射器。只需几百个训练数据集，就可以在压缩的二维潜空间中快速计算出具有最佳性能的新结构。这使得优化设计的计算量远远小于总候选结构的0.001%，大大缩短了设计周期和成本。所提出的设计框架可以很容易地扩展到其他具有更高维度特征的热辐射超材料设计。
2022-04-26 cs.LG physics.comp-ph physics.optics
Metamaterial Coatings for Broadband Asymmetric Mirrors
我们报道了具有高反射不对称性的纳米复合金属-介质薄膜涂层的设计和制备。应用基本的色散工程原理来模拟宽带和大反射率的不对称性，我们得到了一个模型的超材料膜的介电函数，非常类似的无序金属介电纳米复合材料的有效介电常数。使用沉积在玻璃衬底上的无序纳米晶银膜实现的涂层证实了理论预测，表现出对称的透射率，大的反射率不对称性和独特的平坦反射率不对称性。
2007-03-10 physics.optics
Reconfigurable Ultrafast Thermal Metamaterial Pixel Arrays by Dual-Gate Graphene Transistors
本文提出一种集成双栅极石墨烯晶体管与有源超表面的可重构超快热超材料像素阵列，通过解耦热产生与发射设计，实现空间、时间和波长上的灵活热输出编程，并实验演示了26个字母的逐行扫描显示。
2025-06-04 physics.app-ph physics.optics
Metamaterial Van Hove Singularity
介绍了双曲型色散人工介质（超材料）中电子范霍夫奇点（VHS）的光子模拟。与光子晶体和电子晶体不同，超材料中的VHS与潜在的周期性无关，并且由于结构中的慢光模式而发生。我们表明，VHS特性表现在近场的局部光态密度，尽管双曲型超材料的损耗，色散和有限的单元格尺寸。最后，我们表明，这项工作应导致量子，热，纳米激光和生物传感应用的范霍夫奇异性在双曲型超材料可通过目前的制造技术。
2013-07-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Extremely broadband topological surface states in a photonic topological metamaterials
超材料是一种由亚波长单胞组成的人工工程材料，以其优异的光学性能在光操控领域显示出巨大的潜力。特别是，具有拓扑保护表面状态的拓扑超材料能够实现对光的极其鲁棒的控制。在这里，我们展示了双螺旋结构的光子拓扑超材料中的极端宽带拓扑相位。特别是拓扑表面状态观察到的所有频率低于一定的截止，起源于一个双外尔点在零频率。光子拓扑超材料的极端带宽和鲁棒性对于诸如单向波导和光子集成系统的实际应用是有益的，但在设计和制造中也是有利的，因为唯一的必要条件是满足有效的双曲和手征性质，而不需要严格的周期性排列。
2019-01-06 physics.optics
Topological Darkness: How to Design a Metamaterial for Optical Biosensing with Virtually Unlimited Sensitivity
针对现有等离激元生物传感器灵敏度受系统损耗和芯片结构限制的问题，提出拓扑暗态超材料的剪刀效应以实现近乎无限的传感灵敏度，实验验证其叶酸检测性能远超同类光学传感器，为超高灵敏度超材料设计开辟新路径。
2023-02-03 physics.app-ph physics.optics
Scalable, green fabrication of single-crystal noble metal films and nanostructures for low-loss nanotechnology applications
高质量的金属薄膜和纳米结构是下一代纳米技术的关键组成部分。它们包括纳米器件中的低损耗电路元件，为水裂解和$CO_2$还原技术提供新的催化途径，并使空间扩展的电磁波的限制能够被利用于信息处理、能量收集、工程超材料和将在量子等离子体极限中操作的新技术中的应用。然而，由于使用常规物理气相沉积方法进行多晶金属生长的趋势，以及与将溶液生长的纳米晶体以期望的取向和位置放置在表面上以制造功能器件相关联的挑战，高清晰度单晶亚波长金属纳米结构的受控制造仍然是一个显著的障碍。在这里，我们介绍了一种新的可扩展的，绿色的，湿化学方法的单晶贵金属，使超光滑，外延，可控厚度的单晶薄膜的制造。它们是通过离子束铣削进行纳米结构减材制造的理想选择，也是通过光刻图案化进行晶体纳米结构加成的理想选择，从而实现大面积单晶超材料和高纵横比纳米线。与多晶结构相比，我们的单晶纳米结构表现出更高的特征质量和图案转移产率，降低了光学和电阻损耗，定制了局部场，并大大提高了稳定性，支持更大的局部场增强，并实现了纳米级的新的实际进展。
2019-06-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Perfectly vertical silicon metamaterial grating couplers with large segmentation periods up to 650 nm
本研究针对超材料垂直光栅耦合器的制造限制，提出采用高达650nm的大横向分段周期方案，在220nm绝缘体上硅平台实现了C波段近50%耦合效率、-22dB低背反射，为纳米光子器件调控提供新思路。
2024-11-01 physics.app-ph physics.optics
Flat-face approximations of invisibility cloaks with planar metamaterial layers
变换光学（TO）是设计具有前所未有的光学特性的人工材料的有力工具。在这里，我们提出了近似的任意形状的TO结构的刻面，其中曲面近似的超材料层，可以通过标准的制造和堆叠技术来实现。我们举例说明了圆柱形隐形斗篷的具体例子的近似方法。首先，我们介绍了一种数值方法设计的斗篷与任意边界形状，并将其应用到刻面形状。随后，我们通过引入几种近似方法来降低实现完美的多面斗篷所需的超材料的复杂性，通过对散射截面的调查来量化其有效性。
2011-10-25 physics.optics
Subwavelength metal grating metamaterial for polarization selective optical antireflection coating
本文研究了一种一维金属/空气间隙亚波长光栅超材料，利用等离激元耦合共振在锗基底上实现偏振选择性增透，最大透射率达93.4%，且无需深亚波长周期，便于器件制造。
2015-05-30 physics.optics
Negative refraction in Al:ZnO/ZnO metamaterial in the near-infrared
贵金属如金和银是超材料器件的主要金属构建块。然而，由这些金属制造亚波长尺寸的结构元件严重限制了器件的光学性能，并且使光波长范围内的几乎所有超材料器件的制造工艺复杂化。作为贵金属的替代品，我们建议使用重掺杂的氧化物半导体，在近红外线中提供功能和制造优势。在这封信中，我们报告了一个实验演示的负折射在近红外超材料设备，设计和制造使用铝掺杂氧化锌。
2011-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Overcoming black body radiation limit in free space: metamaterial superemitter
在这里，我们证明，在一个特定的波长产生的热辐射的功率谱密度的有限尺寸的身体设置在自由空间在一个固定的温度下，可以在理论上任意高，如果可以实现双负超材料与任意小的损失和任意高的绝对值的介电常数和磁导率（在给定的频率）。这一结果驳斥了人们普遍认为普朗克定律本身对一个尺寸远大于波长的有限宏观物体发射的功率谱密度设定了一个严格的上限。在这里，我们提出了一个物理实现的超材料发射器的光谱发射率可以大于理想的黑体在相同的条件下。由于热发射和吸收过程之间的相互作用，这种冷却的超辐射体也充当了热辐射的最佳吸收器--“热黑洞“--其性能优于基尔霍夫-普朗克黑体，后者只能吸收直接入射到其表面的射线。这些结果可能为未来的热光伏系统和其他设备提供实现窄带超普朗克热辐射器和吸收器的可能性。
2015-09-23 physics.optics
Electronically reconfigurable metal-on-silicon metamaterial
基于超材料的可重构孔径可以在成像和波束形成应用中发挥独特的作用，其中当前技术主要依赖于大型检测器或天线阵列的制造和集成。在这里，我们报告的电压控制，硅基电磁超材料在W波段（75-110 GHz）工作的实验演示。在该复合半导体超材料中，图案化的金超材料元件既用于管理电磁波传播，又同时用作控制半导体衬底的局部导电性的电肖特基接触。有源器件层由2 μ m厚的n型掺杂硅层上的图案化金属组成，并与透明的Pyrex晶片进行热粘合。复合超材料的透射率可以在给定频带上作为偏置电压的函数进行调制。我们展示了一个定量的理解复合器件通过应用数值方法，同时处理半导体结物理以及波的传播。
2012-08-06 physics.optics
All Dielectric Biaxial Metamaterial: A New Route to Lossless Dyakonov Waves with Higher Angular Existence Domain
在这篇文章中，我们提出并数值分析了一个全介质双轴超材料[ADBM]的亚波长脊阵列的硅和平坦的二氧化硅层的多层图案化构造。建议ADBM可以支持Dyakonov表面波[DSWs]具有无限的传播长度，可以在一个很宽的角度域中传播。虽然天然的单轴和双轴材料以及纳米线全电介质超材料也可以支持DSW，但角存在域[AED]限于非常窄的范围。我们提出的ADBM可以支持可以克服这个限制，它可以实现更高的AED比任何所有的电介质结构在文献中报道的日期。我们提出的ADBM可以很容易地通过当前的制造技术制造。由于其无损耗的特性，它可以在光学传感、光学互连、波导、太阳能收集等方面获得实质性的应用。
2017-01-16 physics.optics
Printable Nanoscopic Metamaterial Absorbers and Images with Diffraction-Limited Resolution
具有极端特征分辨率的功能超材料的制造找到了许多应用，例如表面/光相互作用的广泛领域。这种结构的非平面特征可以显着提高其性能和可调谐性，但其容易生成仍然是一个挑战。在这里，我们表明，精心设计的平面外纳米柱由金属-介电复合材料集成在金属-介电-纳米复合材料配置中制成，可以非常有效地吸收宽带光。我们进一步证明，电流体动力印刷在一个快速的nanodripping模式，是能够产生精确的出平面森林的这种复合纳米柱与沉积分辨率在平面和非平面基板上的衍射极限。印刷材料的纳米复合材料性质允许通过简单地调整柱高度来微调整体可见光吸收，从完全吸收到完全反射。在整个可见光谱范围内几乎完美的吸收（~95%）是通过仅覆盖6%印刷区域的纳米柱森林实现的。通过设计调整各个柱组的高度，我们展示了具有400 nm空间分辨率的显微照片的灰度级的按需控制。这些结果构成了一个重要的一步，在超高分辨率的面外纳米结构的简易制造，重要的是广泛的调色板的光设计应用。纳米结构，对广泛的光设计应用很重要。
2016-09-23 physics.optics
Ultra-narrowband polarization insensitive transmission filter using a coupled dielectric metal metasurface
提出了一种由非晶硅（a-$\textit{Si}$）环和$\textit{Au}$层中的亚波长空穴组成的耦合介质-金属超颖表面（CDMM），并将其与$\textit{SiO}_{2}$层隔开。CDMM的设计参数被数值优化以在1540 nm处具有0.55的偏振无关峰值透射率，其中半峰全宽（$FWHM$）为10 nm。该滤光片还具有100 nm的具有$\sim 10^{-2}$透射率的安静区。辐射双振子模型揭示了滤波器中的基本共振，这些共振干涉产生类似电磁感应透明（EIT）的效应。多极展开的结构中的电流验证的基本共振预测的两个振荡器模型。所提出的CDMM滤波器是强大的伪影在设备制造中，并具有与传统的法布里-珀罗滤波器的性能。然而，它更容易集成在图像传感器中，因为透射率峰值可以通过仅改变周期性来调谐，从而产生具有固定高度的平面结构。
2019-11-18 physics.optics
Optical Characterization of Epsilon-Near-Zero, Epsilon-Near-Pole and Hyperbolic Response in Nanowire Metamaterials
我们报告了在纳米多孔阳极氧化铝中电沉积直径约30 nm的金纳米线制备的金属纳米线（NW）超材料的光学和物理特性。我们观察到一个单轴各向异性介电响应的NW超材料，显示ε近零（ENZ）和ε近极（ENP）共振。我们表明，NW-超材料的行为从金属-电介质多层（ML）超材料的一个根本区别是ε-近零（ENZ）和ε-近极（ENP）介电响应相对于有效介电张量的光轴的不同方向。与多层超材料相比，纳米线超材料表现出全向ENP和角度相关ENZ。同样与ML超材料相反，NW超材料表现出高吸收性的ENP和ENZ共振，并且可以从自由空间有效地激发。当金纳米棒填充分数从26%变化到10.5%时，我们的制造允许在583 nm到805 nm的可见光和近红外光谱中的ε近零共振的大的可调谐性。我们通过严格的物理和光学表征来支持每个步骤的制造工艺流程。能量色散X射线（EDX）和X射线衍射（XRD）分析用于确定退火前后电化学沉积的Au纳米线的质量。我们的实验结果与周期性等离子体激元晶体的模拟和有效介质超材料极限的分析计算相一致。我们还通过实验表征了ENZ共振时空间色散的作用，并表明ENP共振时不会发生这种效应。这些材料在生物传感、量子光学和热器件领域的应用显示出相当大的前景。
2015-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics physics.plasm-ph
Metamaterial-induced-transparency engineering through quasi-bound states in the continuum by using dielectric cross-shaped trimers
本研究提出一种基于硅基破缺反演对称十字形三聚体超表面的新方法，利用qBIC实现类电磁诱导透明的窄带反射透明窗口，分析了多极子贡献机制，为偏振相关传感等技术提供新途径。
2024-04-18 physics.optics
All-dielectric nanophotonics: fundamentals, fabrication, and applications
在这篇文章中，我们回顾了现代光科学中一个新颖、快速发展的领域，即全介电纳米光子学。纳米光子学的这一分支是基于高折射率介电纳米粒子的特性，其允许控制纳米结构物质的磁响应和电响应。在这里，我们讨论了高折射率介电纳米粒子的光学性质，它们的制造方法，以及在实际应用中的最新进展，包括量子源发射工程，Fano共振在全介电纳米团簇，表面增强光谱和传感，耦合谐振腔光波导，超材料和超表面，和非线性纳米光子学。
2017-12-14 physics.optics
Inverse design of an all-dielectric digitized terahertz optical power splitter by particle swarm optimization method
这封信提出了一种基于数字化超材料的50：50 TE太赫兹（THz）功率分配器。该装置采用粒子群优化算法进行优化。数字化超材料的结构包含在二氧化硅衬底上沉积的硅板中的圆形空气孔。优化后的结构在0.9-1.1 THz的频率范围内插入损耗（IL）小于3.9 dB。申报器械的占地面积为400 $\times$ 350 $μ$ m $^2$。该器件具有结构紧凑、效率高、全介质、与CMOS工艺兼容等优点。该器件可以作为一个重要的组成部分，在大多数太赫兹电路路由太赫兹波。
2021-04-15 physics.app-ph physics.optics
Tunable ultra-narrowband grating filters in thin-film lithium niobate
现代光子学中的一些应用需要具有定制光谱响应的紧凑型片上光学滤波器。然而，实现亚纳米带宽和高消光比尤其具有挑战性，特别是在低占用面积器件格式中。利用光子纳米线波导的侧壁调制实现的相移布拉格光栅是一种很好的解决片上窄带操作的方法，具有合理的制作和可扩展性要求。在这项工作中，我们报告他们的实施和优化的薄膜锂离子电池，光子平台，利用电光效应，提供可重构性。相移布拉格光栅滤波器的尺寸小于1 μm x 1 mm，工作在电信波长，消光比高达25 dB。我们证明传输带宽窄至14.4 pm（$Q = 1.1$ × $10^5$）和8.8 pm（$Q = 1.76$ × $10^5$）在临界耦合结构和多波长法布里-珀罗配置，分别与理论预测完全一致。此外，通过利用锂的强电光效应，结合纳米光子线的严格的光限制和优化的光栅结构的超窄光谱共振，我们证明了25.1pm/V的可调谐性和记录调制的滤波器传输量为1.72 dB/V在CMOS电压。研究结果为可重构窄带光子滤波器的小尺寸、低功耗、片上量子和非线性光学以及光学传感和微波光子学的发展铺平了道路。
2021-03-11 physics.optics
Controlling the broadband enhanced light chirality with L-shaped dielectric metamaterials
本文设计了基于倾斜纳米柱的全介电硅基L形超材料，通过掠射角沉积实现晶圆级制备，在透射模式下获得宽带增强且振幅与频率均可调控的手性光学响应。
2024-03-27 physics.optics
Anti-symmetric Multimode Waveguide Grating-Assisted Narrowband MZI for Programmable Spectral Shaping Units
Hefei University of Technology（合肥工业大学）；Ningbo University of Technology（宁波工程学院）
提出一种基于反对称多模波导布拉格光栅的窄带马赫-曾德尔干涉仪，实现目标波段内精确传输控制及带外透明，作为可编程片上光谱整形的基本构建块。
2026-05-29 physics.optics
III-V semiconductor nano-resonators-a new strategy for passive, active, and nonlinear all-dielectric metamaterials
由介质谐振器组成的超材料由于其低的本征损耗和各向同性的光学响应而引起了人们的广泛关注。特别地，由硅介电谐振器制成的超颖表面已经显示出期望的行为，诸如有效的非线性光学转换、光谱滤波和先进的波前工程。为了进一步探索电介质超材料的潜力，我们提出了由外延生长的III-V族半导体制造的全电介质超材料，其可以利用III-V族半导体的高二阶光学可折射率，以及单片集成有源/增益介质的容易性。具体而言，我们使用选择性湿氧化工艺来创建GaAs纳米谐振器，该工艺形成低折射率AlGaO（n~1.6）下层，类似于使用绝缘体上硅晶片形成的硅介电谐振器。我们进一步使用相同的制造工艺来展示多层III-V介质谐振器阵列，为我们提供了新的器件工程自由度。对于这些阵列，我们在实验上测量~100%的反射率在一个广泛的光谱范围。我们设想，全介质III-V族半导体超材料将为无源、有源和非线性全介质超材料开辟新的途径
2016-05-01 physics.optics
Nonlinear Localization in Metamaterials
超材料，即，包括弱耦合离散元件的人工结构化（"合成"）介质表现出非凡的特性，并且它们对于包括超分辨率成像、隐身、超透镜和光学变换的新应用具有很大的前景。非线性为超材料设计增加了新的自由度，允许调谐和多稳态，这些特性可以提供全新的功能和电磁特性。离散性和非线性的结合可能导致金属、SQUID基和${\cal PT}-$对称超材料中的离散呼吸子类型的固有局部化。我们回顾最近的研究结果表明，呼吸机激励在这些系统中产生的固有损失和输入功率之间的功率平衡，无论是通过适当的初始化或纯动力学程序的一般外观。呼吸特性特有的每一个特定的系统进行了识别和讨论。最近在低损耗、有源和超导超材料的制备方面取得的进展，使得利用所提出的动力学过程在原则上对呼吸子进行实验观察成为可能。
2013-10-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Controlling the Colour of Metals: Intaglio and Bas-Relief Metamaterials
在金属表面上制造凹进（“凹版”）或凸起（“浅浮雕”）的亚波长超材料图案提供了一种用于改变和控制金属颜色的机制，而不采用任何形式的化学表面改性、薄膜涂层或衍射效应。我们表明，通过改变超材料设计的结构参数来调谐吸收共振，可以实现广泛的颜色范围。这种对纯金属进行“结构着色”的新方法为美学（例如珠宝设计）和功能（例如传感器、光调制器）应用提供了极大的通用性和可扩展性。我们在这里集中在可见光的颜色，但概念同样可以应用到其他电磁领域的金属光谱响应的工程。
2010-11-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Broad Angle Negative Refraction in Lossless all Dielectric Multilayer Asymmetric Anisotropic Metamaterial
在这篇文章中，它已经从理论上证明了宽角负折射是可能的，与非对称各向异性的超材料构造仅由无损耗或无损耗的半导体在电信和相对波长范围。自然界的单轴材料虽然可以呈现负折射，但最大负折射角和临界入射角的范围很窄。我们提出的结构可以克服这个值得注意的问题。在我们的结构中，负折射源于高度非对称的椭圆等频。这是由旋转的多层亚波长电介质/半导体堆叠人工产生的，它充当有效的非对称各向异性超材料。这种负折射是在不使用任何负介电常数材料（如金属）的情况下实现的。由于我们使用的是简单的超材料，因此这种结构的制造将比金属基超材料的制造简单。我们提出的想法已经得到了验证，也通过考虑有效介质方法和现实结构模型的全波模拟。这种器件在光子学和光电子学中有重要的应用。
2015-05-26 physics.optics
Pancharatnam-Berry phase induced spin-selective transmission in herringbone dielectric metamaterials
操纵光的偏振对于传感和成像应用至关重要。一个这样的方面特别是当光透射通过介质或装置时一个圆偏振（自旋）的选择性透射。然而，实现这一点的大多数现有方法具有相对低的效率和选择性，而高选择性的示例依赖于有损耗的和复杂的三维螺旋或多层结构。在这里，我们提出了一种电介质超材料的方法来实现电磁波的自旋选择性传输，利用自旋控制的建设性或相消干涉之间的两个Pancharatnam-Berry（PB）相结合的传播动态相位。由单片硅人字形结构组成的电介质超材料在太赫兹范围内表现出宽带操作，同时获得高达60%的自旋选择效率。这样的装置是坚固的并且不容易由于制造中的误差而劣化。
2016-10-01 physics.optics
Pushing the feature size down to 11 nm by interference photolithography with hyperbolic metamaterials under conventional UV light source
受成本和复杂度的限制，传统的干涉光刻技术很难实现超分辨光刻。我们在这里开发了等离子体干涉光刻技术，通过使用双曲型超材料（HALF）/光刻胶/金属等离子体波导，将特征尺寸理论上推低至16 nm，甚至在365 nm波长下的TM偏振下推低至11 nm。该波导可以支持高k模的超分辨光刻。此外，所提出的光刻结构中支持的等离子体激元模式可以通过HMM的尺寸和材料的介电常数来定制，这使得在常规UV光下获得更高分辨率的图案成为可能。我们的研究结果开辟了一条途径，推动纳米光刻节点向10 nm的低成本和大面积制造在传统的紫外光源。
2022-09-06 physics.optics
Implementation of on-chip multi-channel focusing wavelength demultiplexing with regularized digital metamaterials
绝热波导锥和片上波分复用器是光子集成电路的关键器件。然而，这两类器件采用传统的半解析法或蛮力搜索法设计，往往尺寸较大。在这里，基于正则化的数字超材料，我们已经设计，制造和表征了一个双通道聚焦波长解复用器的足迹为2.4 × 10微米2。所设计的解复用器可以在不需要绝热波导锥的情况下直接与光栅耦合器相连。采用目标优先法和改进的最速下降法设计了一种将1520 nm和1580 nm的光从10 um宽的输入波导分束到两个0.48 um宽的输出波导的解复用器。实验结果表明，该解复用器上（下）通道的插入损耗为-1.77dB（-2.10dB），串扰为-25.17dB（-12.14dB）。此外，模拟结果还表明，器件的刻蚀深度容差可达20 nm，平面尺寸变化容差可达10 nm。受益于我们设计方法的可扩展性，我们可以设计其他类型的超紧凑型“聚焦”器件，如模式分离器，模式转换器和功率分配器，我们也可以设计具有更复杂功能的器件，例如，我们设计了一个三通道聚焦波长解复用器。
2019-08-10 physics.app-ph physics.optics
Hyperbolic Metamaterials for Enhanced Scintillation
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Birla Institute of Technology and Science Pilani（比拉理工学院）
提出光栅耦合双曲超材料，结合CsPbBr₃层与靶心光栅，通过高k模式和双曲共振锥增强闪烁信号，宽带增强超3倍，峰值约5倍，为高性能闪烁体提供实用途径。
2026-08-18 physics.app-ph physics.optics
Q-based design equations for resonant metamaterials and experimental validation
谐振超材料的实际设计参数，如损耗角正切，导出的谐振有效介质的磁导率或介电常数的品质因数$Q$。通过基于回路的谐振粒子的电磁模拟，还表明有效介质响应的$Q$基本上等于单个谐振粒子的$Q$。因此，通过测量单个制造的超材料颗粒的$Q$，可以简单且准确地计算超材料的有效磁导率或介电常数，而不需要复杂的模拟、制造或测量。实验验证表明，从单个制造的自谐振回路的测量$Q$分析估计的复磁导率与从超材料板的$S$参数测量提取的复磁导率一致，好于20%。这种$Q$等效性将满足给定损耗约束的超材料的设计简化为满足特定$Q$约束的谐振粒子的设计的更简单问题。该分析还产生用于估计由于欧姆损耗而导致的平面环形磁性超材料的损耗角正切的简单解析表达式。结果表明，$\tan δ\approx 0.001$是一个很强的下限磁损耗角正切的频率不太远，从1 GHz。超材料的欧姆损耗与超材料颗粒的电尺寸成反比，这表明在固定频率下减小颗粒尺寸存在损耗损失。
2007-03-13 physics.optics
Flexible but Refractory Single-Crystalline Hyperbolic Metamaterials
本研究通过磁控溅射在柔性云母基底上沉积难熔氮化物超晶格，成功制备出柔性单晶双曲超材料，其在可见至近红外波段具有低损耗、高优值的双频带双曲色散，且在加热和弯曲下保持优异稳定性，为高性能柔性光电器件提供了可扩展的制备途径。
2023-04-26 physics.optics
Atomic layer deposited second order nonlinear optical metamaterial for back-end integration with CMOS-compatible nanophotonic circuitry
本文提出利用三种介电材料的循环原子层沉积制备非中心对称一维超材料，实现约5 pm/V的有效二阶非线性系数，比同类晶体高一个数量级，为CMOS兼容纳米光子平台的二阶非线性应用开辟了新途径。
2015-08-21 physics.optics
Millimeter Wave Absorber for Secure Identification
我们展示了薄的，灵活的，超材料薄膜具有强大的，窄带，偏振和角度不敏感的吸收设计的波长接近一毫米。这些结构，通过光刻制造的市售的，铜背聚酰亚胺基板上，几乎是不可区分的肉眼，但可以很容易地观察到通过成像的共振频率的膜。我们证明，这些图案可以用来标记或条形码的对象，安全识别与太赫兹成像系统。
2016-06-01 physics.optics
