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
Graphene Reflectarray Metasurface for Terahertz Beam Steering and Phase Modulation
我们报道了一种太赫兹反射阵列超颖表面，它使用石墨烯作为有源元件，以实现光束转向，整形和宽带相位调制。这是基于电压控制的可重构相位全息图的创建，其可以向入射光束赋予不同的反射角度和相位，从而取代用于太赫兹成像的笨重且易碎的旋转镜。这也可以在电磁波谱的其他领域找到应用，为多功能光学设备铺平道路，包括光雷达，自适应光学，电光光调制器和屏幕。
2018-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Doubly resonant nonlinear metasurfaces enabling NIR-to-UV upconversion for reconfigurable Fourier optical processing
Nanchang University（南昌大学）；Nanchang Institute of Science and Technology（南昌理工学院）；The Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics, Ministry of Education, School of Physics and TEDA Institute of Applied Physics, Nankai University（南开大学物理学院、泰达应用物理研究院（教育部弱光非线性光子学重点实验室））；Guangdong Polytechnic Normal University（广东技术师范大学）
双共振非线性超材料实现近红外到紫外上转换，用于可重构傅里叶光学处理和全光图像处理。
2026-03-02 physics.app-ph physics.optics
Near-field optical mode engineering-enabled freeform nonlocal metasurfaces
本文提出一种逆向设计框架，通过优化近场分布调控米氏模式，实现自由形态非局域超表面的多功能模式工程，并实验验证了多波长和手性超表面，适用于高品质因数平台。
2025-06-18 physics.app-ph physics.optics
High quality factor metasurfaces for two-dimensional wavefront manipulation
光与微米和纳米结构的强相互作用在光学传感、非线性光学、有源光学器件和量子光学中起着关键作用。然而，对于波前整形，在亚波长尺度上对光的所需局部控制限制了这种相互作用，通常导致低品质因数的光学器件。在这里，我们展示了一种途径，高品质因数波前整形在两个空间维度的基础上，通过利用高阶米氏共振的全介质惠更斯超颖表面。我们设计并实验实现了透射式带阻滤波器、光束偏转器和径向透镜，在近红外波段测量的品质因数在202-1475的范围内。激发的光学模式和产生的波前控制都是局部的，允许有限孔径和倾斜照明的通用操作。我们的研究结果代表了近两个数量级的改进品质因数比以前的本地化模式的设计，并提供了一类新的紧凑型光学器件的设计方法。
2022-12-12 physics.app-ph physics.optics
Integrated Spectropolarimeter by Metasurface-Based Diffractive Optical Networks
Nanchang University（南昌大学）
本文提出一种基于超表面的紧凑型光谱极化计，利用超表面的波长和偏振依赖相位调制，通过深度神经网络实现光谱和偏振信息的高精度重建。
2025-07-27 physics.app-ph physics.optics
Enhancing Goos-Hänchen shift based on magnetic dipole quasi-bound states in the continuum in all-dielectric metasurfaces
超表面介导的连续束缚态（BIC）为亚波长尺度的光操纵提供了一个多功能的平台，具有发散的辐射品质因数和极端的光学局域化。在这项工作中，我们采用磁偶极子准BIC共振在非对称硅纳米棒超颖表面实现巨大的古斯-汉欣（GH）位移增强超过三个数量级的波长。与基于布儒斯特凹陷或透射型共振的GH位移形成鲜明对比的是，这里的最大GH位移位于具有单位反射率的反射峰处，这可以在实验中方便地检测到。通过调节超颖表面的非对称参数，可以相应地调制$Q$因子和GH位移。更有趣的是，它被发现，GH位移表现出反二次依赖的非对称参数。此外，我们设计了一个超灵敏的环境折射率传感器的基础上的准BIC增强GH位移，与1.5 $\times$ 10 $^{7}$ $μ$ m/RIU的最大灵敏度。我们的工作不仅揭示了BIC在工程基本光学现象中的重要作用，而且还提出了推动光通信设备，信息存储，波分复用器和超灵敏传感器的性能极限的方法。
2021-07-17 physics.app-ph physics.optics
Inverse design of broadband, strongly-coupled plexcitonic nonlinear metasurfaces
耦合到原子薄半导体的等离子体超颖表面的混合光子结构已经成为强光-物质相互作用的通用平台，支持强耦合和参数非线性。然而，设计优化的非线性混合元表面是一项复杂的任务，因为多个参数对非线性响应的贡献是难以捉摸的。在这里，我们提出了一个简单而强大的策略，最大限度地提高非线性响应的混合结构的基础上进化逆设计的元表面的近场增强周围的激子频率。我们发现，强耦合大大增强了非线性信号，其幅度主要是由拉比分裂，使其强大的元表面的几何变化。此外，通过这些混合结构获得的大拉比分裂使得能够在混合模式的频率上进行宽带操作。我们的研究结果是实现灵活的非线性控制的重要一步，这将有利于非线性频率转换，全光开关和相位控制非线性超颖表面的应用。
2022-03-28 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
Self-Rolled Multilayer Metasurfaces
多层超颖表面（MLMs）代表了一种通用类型的三维光学超材料，可以实现超薄和多功能的光子组件。在这里，我们展示了一种利用薄膜自滚动技术容易地制造多层膜的方法。与标准的逐层方法相反，所有的超颖表面都是在单个纳米图案化步骤中定义的，显著减少了制造时间和成本。我们实现了两个多层膜平台依赖于广泛使用的纳米图案化技术，即聚焦离子束和电子束光刻。第一个例子是由结构化为金属-电介质种子双层的纳米孔图案组成的多层膜。第二平台包括由薄电介质层分隔的成角度的等离子体纳米棒阵列的垂直堆叠。这种成角度的多层膜表现出对圆偏振光的选择性响应，与依赖于逐层工艺的先前工作一致。我们的方法可以为新型多层膜的有效原型设计铺平道路，例如可以在单个芯片上制造的具有不同层数和配置的设备。
2019-09-15 physics.app-ph physics.optics
Comparison between the linear and nonlinear homogenization of graphene and silicon
在本文中，我们使用一个通用的均匀化方法来模拟两个超颖表面的线性和非线性光学响应：一个等离子体超颖表面由一个正方形阵列的石墨烯十字形补丁和一个介电超颖表面由一个矩形阵列的光子晶体（PhC）腔在硅PhC平板波导。前一个超颖表面在比超颖表面的石墨烯元件大得多的波长处谐振，而后一个超颖表面的谐振波长与其谐振组件的尺寸相当。通过计算和比较这两种超颖表面的有效介电常数和非线性介电常数，我们推断出金属和电介质超颖表面均匀化方法有效的条件的一些一般原则。特别地，我们表明，在石墨烯超颖表面的情况下，均匀化方法很好地描述了其线性和非线性光学性质，而在硅PhC超颖表面的情况下，均匀化方法不太准确，特别是在光学共振附近
2019-11-23 physics.optics
Decoupling optical function and geometrical form using conformal flexible dielectric metasurfaces
物体的物理几何形状和光学特性是相互关联的：圆柱体将光聚焦成一条线，球体聚焦成一个点，任意形状的物体都会引入光学像差。当必须提供特定的光学功能，而形状由其他考虑因素如人体工程学、空气动力学或美学决定时，需要具有解耦的几何形状和光学功能的多功能部件。在这里，我们展示了一种方法，用于解耦对象的光学特性从它们的物理形状使用薄而灵活的电介质超颖表面，符合对象的表面，并改变它们的光学特性。共形超颖表面由嵌入聚合物衬底中的硅纳米柱组成，其局部修改近红外（$\itλ$ = 915 nm）光学波前。作为概念的证明，我们表明，覆盖着超颖表面的柱面透镜可以转换为非球面透镜，将光线聚焦到一个点。共形超颖表面概念对于开发任意形状的多功能光学器件是高度通用的。
2016-05-11 physics.optics
Single atom trapping in a metasurface lens optical tweezer
亚波长柱的光学超颖表面提供了用于光的振幅、相位和偏振的多功能定义的新能力。在这项工作中，我们证明了一个有效的电介质超颖表面透镜可以用来捕获和成像单个中性原子与透镜的长工作距离为3 mm。我们的特点是高数值孔径光镊使用被困原子和数值计算的超颖表面透镜的性能进行比较。我们预测，未来的原子捕获超颖表面将能够利用超颖表面设计的多个正在进行的发展，并使多功能控制在复杂的量子信息实验与中性原子阵列。
2022-12-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Dynamic MEMS-based optical metasurfaces
光学元表面（OMS）在亚波长尺度上显示出前所未有的多功能波前操纵能力，从而为下一代超紧凑光学设备和系统开辟了迷人的前景。然而，到目前为止，大多数成熟的OMS是静态的，其特征在于由在其制造期间设置的OMS配置确定的定义明确的光学响应。迄今为止，通过使用受控的组成材料或几何参数研究的动态OMS配置通常表现出特定的限制和降低的可重构性。在这里，通过结合薄膜压电微机电系统（MEMS）与基于间隙表面等离子体激元的OMS，我们开发了一种电驱动的动态MEMS-OMS平台，该平台通过精细地致动MEMS反射镜来提供反射光的可控相位和幅度调制。使用该平台，我们展示了用于偏振无关光束转向和二维聚焦的MEMS-OMS组件，具有高调制效率（约50%），宽带操作（约20%，接近800 nm的工作波长）和快速响应（< 0.4 ms）。开发的MEMS-OMS平台为实现复杂的动态2D波前操纵提供了灵活的解决方案，可用于可重构和自适应光网络和系统。
2021-01-21 physics.app-ph physics.optics
Large Area Electrically Tunable Lenses Based on Metasurfaces and Dielectric Elastomer Actuators
可调谐光学器件，特别是变焦透镜，在包括成像和自适应视觉的各种领域中具有重要的应用。超颖表面的最新进展，使用亚波长间隔的纳米结构控制光的波前，开辟了新的机会，以取代大块光学器件，薄，平，重量轻的设备。我们已经首次展示了一种电可调谐平面透镜，其基于与具有内联透明电极的介电弹性体致动器组合的大面积超颖表面，其能够同时执行焦距调谐（>100%）以及动态校正，包括像散和图像偏移。这为迄今为止仅在电子显微镜中可能的平面光学器件提供了控制通用性。我们所描述的水基转移过程也使材料之间具有广泛的兼容性。超颖表面光学器件和介电弹性体致动器的组合通过可调谐相位、振幅和偏振分布的设计实现了用于创建各种可调谐光学器件的新的多功能平台。
2017-08-07 physics.optics
Nanoscale polarization manipulation and encryption based on dielectric metasurfaces
操纵光的偏振对于从超分辨率、光学捕获到粒子加速的各种应用都是非常需要的。超颖表面设计中的巨大自由度激发了在可重构和紧凑的光学系统中实现偏振控制。然而，大多数基于超颖表面提出的策略已经被证明只有一个空间均匀的偏振产生，而较少的注意力被投入到空间变化的非均匀矢量光束。在这里，我们展示了一种新的方法，用于产生任意的径向和方位角的偏振光束的高效率高达80%，通过利用透射型介电超颖表面。偏振转换元表面是实现偏振加密的合适候选者，我们通过将隐藏图像编码到空间偏振分布中来证明这一点。此外，我们表明，图像模式可以通过适当的偏振选择的透射光进行修改。这种方法可以为诸如成像、加密和防伪的各种应用提供实用技术。
2019-03-25 physics.optics
Polarization-independent metasurfaces based on bound states in the continuum with high Q-factor and resonance modulation
本文设计并实验验证了一种基于准连续体束缚态的偏振无关超表面，通过调节硅方块边长差实现约100的Q因子和约50%的共振调制，兼顾高Q与强调制，提升信噪比鲁棒性，适用于光学滤波与传感。
2024-11-08 physics.app-ph physics.optics
Multifunctional Resonant Wavefront-Shaping Meta-Optics Based on Multilayer and Multi-Perturbation Nonlocal Metasurfaces
光子器件很少对入射波前提供精细的空间控制和清晰的光谱控制。例如，在光学超颖表面中，单个超颖单元的局域模式在宽带宽上控制波前形状，而在许多单位单元上延伸的非局域晶格模式支持高质量因子共振。在这里，我们通过实验证明了在近红外中的非局部介电超颖表面，它提供了光的空间和光谱控制，实现了超透镜只在窄带共振上聚焦光，而不影响非共振频率。我们的设备实现这一功能，通过支持一个准束缚态在连续编码的空间变化的几何相位。我们利用这种能力，实验实现多光谱波前整形的多功能平台，其中一堆元表面，每个支持多个独立控制的准束缚态的连续，模具的光学波前在多个波长不同，但仍然保持透明的其余部分的光谱。这样的平台可扩展到增强现实和透明显示器中的应用的可见部分。
2022-01-25 physics.optics
Additive and Subtractive Color Filters Based on Birefringent Dielectric Metasurfaces
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Institute of Scientific Instruments, Czech Academy of Sciences（捷克科学院科学仪器研究所）
利用TiO2纳米柱的波长依赖双折射，通过旋转外部偏振器在同一超表面结构上实现加色（带通）和减色（带阻）滤光功能，具有高效率和可调谐性。
2026-05-25 physics.optics
Spatial wavefront shaping with a multipolar-resonant metasurface for structured illumination microscopy
针对结构光照明显微镜现有系统器件庞大、对准要求高的问题，提出基于多极共振硅纳米结构超构表面的波前调制方案，经算法优化得到7种最优照明图案，模拟验证分辨率与传统方法相当，为简化SIM实验提供新路径。
2023-09-25 physics.optics
A Comprehensive Multipolar Theory for Periodic Metasurfaces
光学超颖表面由散射体的2D排列组成，并且它们根据需要控制入射场的振幅、相位和偏振。光学超颖表面是下一代平面光学器件在广泛应用中的基石。纳米纤维的快速发展使得对这些超薄表面的多功能设计和分析变得越来越必要。然而，尽管它们的重要性，一个全面的理论来描述的光学响应的周期性超颖表面的封闭形式和解析表达式尚未制定，和以前的尝试往往是近似的。在这里，我们开发了一个理论，分析链接的散射体的属性，从周期性的超颖表面，其光学响应通过晶格耦合矩阵。散射体由它们的极化率或T矩阵表示，并且我们的理论适用于正入射和斜入射。我们提供了明确的表达式的光学响应八极为了在球坐标和笛卡尔坐标。几个例子表明，我们的分析工具构成了设计和理解光学元表面的范式转变。提出了新的完全衍射的超聚集体和粒子无关的偏振滤波器，并提供了新的见解斜入射下的惠更斯超表面的响应。我们的解析表达式是一个强大的工具，探索超颖表面的物理和设计新颖的平面光学器件。
2021-09-16 physics.optics
Disorder-enabled Synthetic Metasurfaces
本文提出利用超像素的工程化结构无序节省孔径面积，在不增加设计复杂度的情况下编码多种独立可寻址的光子功能，并展示了集成11个消色差透镜轮廓与偏振成像能力的合成超表面，为高密度多功能光学器件奠定基础。
2025-07-07 physics.app-ph physics.optics
Gate-tunable conducting oxide metasurfaces
由亚波长人工结构的平面阵列组成的超表面显示出非凡的光操纵的前景;它们已经产生了新颖的光学元件，如平面透镜、波片、全息表面和轨道角动量操纵以及在宽范围的电磁波谱上的检测。然而，迄今为止开发的超颖表面的光学性质不允许在制造之后反射或透射波振幅和相位的通用可调谐性，因此限制了它们在广泛应用中的使用。在这里，我们实验证明了门可调超颖表面，使动态电控制的相位和振幅的平面波从超颖表面反射。可调谐性起因于结合到超颖表面天线元件中的导电氧化物层的复折射率的场效应调制，所述超颖表面天线元件以反射阵列几何形状配置。通过施加2.5 V的栅极偏压，我们测量了π的相移和反射率的~ 30%的变化。此外，我们还演示了在超过10 MHz的频率下的调制，以及通过对超颖表面元素的子组进行电气控制来实现+/-1阶衍射光束的电气切换，这是电可调谐光束转向相控阵超颖表面的基本要求。所提出的具有高光学质量和高速动态相位调制的可调谐超颖表面设计建议在用于成像和感测技术的下一代MEMS光学组件中的应用，例如可重构光束转向装置、动态全息图、可调谐MEMS透镜、纳米投影仪和纳米级空间光调制器。重要的是，我们的设计允许与电子器件完全集成，因此可以对单个超颖表面元件进行电寻址。
2015-11-26 physics.optics
Intrinsic chirality of dielectric metasurfaces unlocked by resonant chiral modes
Australian National University（澳大利亚国立大学）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Istanbul University（伊斯坦布尔大学）
研究通过实验验证双层超材料中共振手性模式实现强手性响应，揭示了手性光子模式与层间耦合的机制，为紧凑型平面光子元器件设计提供新平台。
2026-05-12 physics.optics
Time-Varying Metasurfaces and Lorentz Non-Reciprocity
光学的基础方程，斯涅耳定律，涉及光穿过两种介质之间的界面的入射角和折射角。它建立在两个基本的约束上：切向动量守恒和能量守恒。当使用空间梯度相位不连续性时，通过放松经典的Snell定律光子动量守恒约束，光学超颖表面使得能够实现一种全新类别的超颖光学器件。在这里，我们表明，通过消除光子能量守恒约束时，引入时间梯度相位不连续性，我们可以进一步授权的平面光子学领域，并获得一个新的属的光学器件。通过这种方法，经典的Snell关系被发展成一个更普遍的形式，不受洛伦兹互易性的限制，因此，满足所有的要求，建设无磁光隔离器。此外，光子经历与时间梯度超颖表面的非弹性相互作用，这修改光子能量本征态并导致多普勒样波长偏移。因此，具有空间和时间梯度的超颖表面可以对大量的光子应用产生强烈的影响，并提供对光的物理特性的通用控制。
2015-07-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Multiresonant Membrane Metasurfaces for Multifunctional Fingerprint Recognition and Real-time Biochemical Tracking
Central South University（中南大学）；University of Southampton（南安普顿大学）；Yunnan Normal University（云南师范大学）；Tianjin University（天津大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
本文提出多共振膜元超表面，实现单像素内静态分子指纹识别与动态反应监测，展示无标记检测和实时追踪能力。
2026-04-30 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
Design of Tunable Biperiodic Graphene Metasurfaces
具有亚波长特征的周期性结构有助于对从射频到光学的电磁波进行通用和有效的控制。在本文中，我们从理论上评估了由周期性图案化的石墨烯制成的电磁超颖表面的潜在应用和性能。提出了几种石墨烯超颖表面，从而证明这种石墨烯表面可以用于动态控制电磁波反射、吸收或偏振。事实上，由于石墨烯的性质，在谐振频率和带宽方面的结构性能随着静电偏置场的变化而变化。为了证明该概念在不同频率范围内的适用性，所提供的示例的范围从微波到红外，分别对应于具有几毫米到大约一微米的长度尺度的石墨烯特征。使用全矢量半解析数值技术开发的石墨烯为基础的多层周期性结构的研究，以准确地建模的结果。
2012-10-20 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Metasurface lasers programmed by optical pump patterns
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；NWO-I Institute AMOLF（荷兰光学研究所AMOLF）；Aalto University（阿尔托大学）；Advanced Research Center for Nanolithography (ARCNL)（先进纳米光刻研究中心）
通过光学泵浦图案编程超表面激光器，实现对K和M点激光发射的动态控制与对称破缺行为。
2025-12-15 physics.optics
Blob Detection for Photonic Metasurface Designing: Angular and Spectral Control of Scattered Light
提出结合傅里叶空间定制与blob检测的关联无序超表面逆向设计方法，并用Au纳米柱实验和FDTD模拟验证角度与光谱散射的独立可控及多功能叠加。
2025-07-28 physics.optics
Nonlinear optical metasurfaces empowered by bound-states in the continuum
本文综述 BICs 赋能的非线性光学超表面，梳理其频率转换物理机制、典型应用及新兴方向与挑战。
2025-03-14 physics.optics
Efficient single-photon pair generation by spontaneous parametric down-conversion in nonlinear plasmonic metasurfaces
自发参量下转换（SPDC）是产生纠缠关联单光子对的最常用的非线性光学技术之一。然而，它的效率非常差，导致极弱的光子产生速率。在这里，我们提出了一个等离子体超颖表面设计的基础上银纳米条纹结合散装铌酸锂（LiNbO3）晶体，实现一个新的可扩展的，可扩展的，高效的SPDC源。通过使超颖表面的基本和更高阶谐振分别与所生成的信号和空闲频率一致，非线性介质中的电场被显著地增强。这导致了SPDC过程的显著增强，随后，通过使用量子经典对应原理，SPDC过程转化为非常高的光子对产生速率。与相关的电介质结构相反，发射的辐射是高度定向的并且垂直于超颖表面。圆偏振激发的结合进一步增加了光子对产生效率。所提出的工作将导致设计在室温下工作的新的有效的SPDC单光子纳米光子源，预计将成为自由空间量子光通信的关键部件。在更广泛的背景下，我们的研究结果可以在量子等离子体激元学的新兴领域中找到各种应用。
2021-11-18 physics.optics quant-ph
Efficient frequency conversion with geometric phase control in optical metasurfaces
超表面由于其在剪裁波前方面的设计自由度而作为用于小型化功能非线性光学的通用平台出现。限制其在功能器件中应用的关键因素是转换效率低。最近，由高品质因数模式（连续介质中的准束缚态）或Mie模式控制的介电超颖表面（metasurfaces），使得能够实现强的光-物质相互作用，已经成为实现高非线性效率的多产途径。在这里，我们证明了一种有效的空间非线性相位控制的方法，通过使用Pancharatnam-Berry相位原理与高三次谐波转换效率的$10^{-4}$ $1/W^2$。我们发现，磁Mie共振似乎是三次谐波响应的主要贡献者，而在连续准束缚态的贡献是可以忽略的。这是证实了耦合非谐振子的基础上的唯象模型。此外，我们的超颖表面在实验上提供了高的衍射效率（80-90%）在两个偏振通道。我们展示了我们的方法的功能应用，通过实验重建编码偏振复用涡旋光束阵列与不同的拓扑电荷在第三谐波频率高保真。我们的方法具有潜在的可行性，为未来的片上非线性信号处理和波前控制。
2022-02-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dynamic Control of Nonlinear Emission by Exciton-Photon Coupling in WS2 Metasurfaces
提出利用WS2新月形超原子阵列中qBIC共振与可调谐激子的虚耦合效应，实现SHG效率的动态增强，较1L-WS2提升98倍以上，为可重构超光学器件开辟新途径。
2025-06-02 physics.app-ph physics.optics
Manipulate intrinsic light-matter interaction with bound state in the continuum in van der Waals metasurfaces by artificial etching
提出一种无刻蚀的范德华结构“人工刻蚀”，利用低折射率扰动层实现高Q因子和室温极化激元，显著增强光-物质相互作用并推动光电子与量子器件应用。
2025-03-05 physics.app-ph 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
Complete vectorial optical mode converter using multi-layer metasurface
本文提出基于多层双折射超表面的通用设计方法，实现完备矢量模式转换，实验验证6模式复用器，并数值演示相干接收与矢量全息，为多输入多输出光学器件提供通用工具。
2024-09-03 physics.optics
Controlling the sign of optical forces using metaoptics
本研究利用超构光学设计超表面，通过调控多极模式相干叠加，实现对光学力符号的确定性控制，实验验证了吸引与排斥力，为纳米机械系统光学操控提供新平台。
2025-04-25 physics.atom-ph physics.optics
Efficient and tunable narrowband second-harmonic generation by a large-area etchless lithium niobate metasurface
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
该研究展示了一种基于无蚀刻铌酸锂超材料的高效可调窄带二次谐波生成平台，实现了高效率和波长可调的SHG，适用于传感、THz生成及超快电光调制。
2026-02-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Polarization-controlled anisotropic coding metamaterials at terahertz frequencies
基于有效介质的异向介质由于其能够自适应地调整自然界中不存在的有效介质参数，已经实现了许多不寻常的物理特性（如负折射和隐形隐身）。最近，有人提出通过设计具有相反相位响应的数字元件“0”和“1”的编码序列来控制电磁波的编码超材料。本文提出了太赫兹各向异性编码超材料的概念，其不同方向的编码行为依赖于太赫兹波的偏振状态。我们实验证明了一个灵活的偏振控制的各向异性编码超颖表面功能在太赫兹制度使用专门设计的编码元件。通过用精心设计的数字序列（1位和2位）对元件进行编码，x偏振和y偏振反射波可以在三维空间中独立偏转或扩散。模拟的远场散射图案以及近场电场分布，以说明双功能性能的编码超颖表面，这表明良好的协议的测量结果。我们进一步证明了各向异性编码超颖表面产生分束器的能力，并同时实现异常反射和偏振转换，为不同偏振态的太赫兹波提供了强有力的控制。所提出的方法，使通用的光束行为下的正交偏振使用一个单一的元表面，因此将有望有趣的太赫兹器件。
2015-09-12 physics.optics
All-Dielectric Structural Coloration Empowered by Bound States in the Continuum
本文提出一种由光子连续域束缚态（BICs）赋能的全介电超表面，通过精确控制二氧化钛椭圆的尺寸与几何不对称性，在可见光谱范围内实现高纯度、高饱和度且亮度与色调可按需调节的结构色。
2023-11-28 physics.app-ph physics.optics
Enhanced Meta-Displays Using Advanced Phase-Change Materials
由于来自静态全电介质超颖表面的光散射而产生的结构颜色已经成功地实现了高分辨率、高饱和度和宽色域彩色打印应用。尽管最近取得了进展，但这些结构依赖性颜色的大多数演示都缺乏制造后的可调性。这阻碍了它们对于前端动态显示技术的适用性。相变材料（PCM），其非晶态和晶态之间的光学性质的显着差异，已被证明是在可重构纳米光子学的潜力。在此，我们利用由新出现的低损耗光学PCM类别制成的可调谐全介电反射超颖表面，即，三硫化锑（Sb $_2$ S $_3$）和三硒化锑（Sb $_2$ Se $_3$），具有实现可切换、高饱和度、高效率和高分辨率动态元像素的优异特性。利用偏振敏感的积木，所提出的元像素可以产生两个不同的颜色时，由两个正交偏振入射光束之一照射。这种自由度（即，材料相位和偏振状态）使得具有固定几何参数的单个可重构超表面能够生成四种不同的宽色域颜色。我们实验证明，第一次，电驱动的微尺度显示器，通过集成的相变超颖表面与片上加热器形成的透明导电氧化物。我们的实验结果使一个多功能的平台，适用于广泛的应用，包括可调全色打印，增强的动态显示，信息加密和防伪。
2021-07-19 physics.optics
Lattice tuning of optical and mechanical interactions in gold nanodisk metasurfaces
Universidad de Buenos Aires（布宜诺斯艾利斯大学）；CONICET-Universidad de Buenos Aires（阿根廷国家科学与技术研究理事会-布宜诺斯艾利斯大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）
本研究通过双色泵浦-探测光谱和模拟，探究金纳米盘超表面中晶格间距对光学与机械耦合的调控，发现瑞利异常调谐及多种机械模式的不同响应。
2026-10-08 physics.optics
MOCLIP: A Foundation Model for Large-Scale Nanophotonic Inverse Design
MOCLIP是一种用于大规模纳米光子反向设计的基础模型，通过对比学习在共享潜在空间中整合超表面几何和光谱，实现高通量零样本预测和高密度信息存储。
2026-08-25 cs.AI physics.optics
Optical vortex crystals with dynamic topologies
涡旋晶体是在各种物理领域中发现的涡旋的几何阵列，由于其规则的内部结构是在空间受限的系统中相互作用的结果。在光学中，涡旋晶体可以在非线性谐振器内自发形成，但它们的有用性受到缺乏对其拓扑结构的控制的限制。另一方面，在自由空间中使用的可编程器件，如空间光调制器，允许设计几乎任意的涡旋分布，但没有任何内在动力学。通过将非厄米光学与超颖表面实现的按需拓扑变换相结合，我们报道了一种固体激光器，该固体激光器产生具有相互作用和可主动调谐拓扑的涡旋晶体。我们展示了10 × 10相干涡旋阵列与非局部耦合网络，不限于最近邻耦合，而是由晶体的拓扑结构。涡旋晶体表现出尖锐的布拉格衍射峰，见证他们的连贯性和高拓扑电荷纯度，我们解决了空间上的整个晶格通过引入一个并行化的分析技术。通过在光源处构造光，我们实现了复杂的变换，允许任意划分腔内的轨道角动量并修复拓扑电荷缺陷，使这些谐振器成为拓扑光学高级应用的强大而通用的工具。
2021-07-22 physics.optics
Nanoscale Photo-Thermal Interaction Theory
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Northwestern University（西北大学）
研究纳米尺度光热相互作用，开发耦合模式理论捕捉复杂瞬态现象，揭示最佳能量沉积和加热条件，以设计超表面为例展示其应用，为纳米光热相互作用提供见解，可用于多领域。
2026-07-28 physics.optics
Scalable Generalized Meta-Spanners Enabling Parallel Multitasking Optical Manipulation
Nanjing University（南京大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院西安光学精密机械研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Swiss Federal Institute of Technology Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Institute for Advanced Study, The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学高等研究院）
本文提出通用元跨度结构(GOMS)，通过复幅调制生成无透镜可定制光学场，实现纵向可变操控和平面跨度阵列，优于传统环形轨道流，实验验证了其在单粒子动态和粒子群并行操控中的稳定性，展示了超紧凑平台的可扩展性。
2025-10-17 physics.optics
Circular displacement current induced anomalous magneto-optical effects in high index Mie resonators
介电米氏纳米谐振器在纳米尺度上表现出强烈的光-物质相互作用，可能使光子器件具有新的功能。近年来，在磁光纳米光子器件中，由于电磁场的局域化，人们观察到了很强的磁光效应。然而，迄今为止，大多数报道都集中在常规磁光效应的增强上。本文报道了在高折射率对比度Si/Ce：YIG/YIG/SiO2 Mie谐振腔中观察到的圆形位移电流引起的反常磁光效应。特别地，在s偏振入射下，横磁结构中出现了高达6.4%的光强巨调制，这在平面磁光薄膜中是不存在的。此外，我们观察到一个大的旋转的透射光偏振的纵向磁配置在近垂直入射条件下，这是两个数量级高于平面磁光薄膜。这些现象的本质是由于Mie谐振器中激发磁共振模式时产生的独特的圆形位移电流局部改变了入射电场方向。我们的工作表明，光偏振控制的基础上的全介质磁光Mie谐振器和超颖表面的复杂模式配置文件的一个未知的领域，打开了大门，通过磁化的各种应用在矢量磁场和生物传感，自由空间非互易光子器件，磁光成像和光磁存储器的光传播的通用控制。
2021-08-02 physics.optics
