Controlling Light Through Optical Disordered Media : Transmission Matrix Approach
利用空间光调制器和相移干涉测量方法，对光学多重散射介质的单色透射矩阵进行了实验测量。TM包含任意塑造散射输出场或通过介质检测图像所需的所有信息。我们面对这些应用程序的理论和实验，我们研究的重建方法上的噪声的影响。我们还从TM中提取了介质的统计特性和光在其中的输运信息，特别是能够分离出记忆效应（ME）的贡献并测量其衰减长度。
2011-11-15 physics.optics
Controlling Electromagnetic Fields at Boundaries of Arbitrary Geometries
在新兴领域的可拉伸和顺应光子学的快速发展，需要在任意几何形状的超颖表面的边界条件的解析表达式。在这里，我们介绍了共形边界光学的概念：一种设计理论，确定设计师的输入和输出领域在这样的接口的光学响应。对于任何物体，我们都可以实现涂层，以实现奇特的效果，如光学错觉和异常衍射行为。这种方法适用于从传统折射光学到下一代可穿戴光学元件设计的广泛应用。这个概念可以推广到其他领域的研究，设计师接口与非平凡的几何形状遇到。
2015-09-21 physics.optics
Geodesic conformal transformation optics: manipulating light with continuous refractive index profile
共形变换光学提供了一种简单的方案，用于操纵具有非均匀各向同性折射率的光线。然而，在不同的虚拟黎曼面的分支切口处，折射率分布通常是不连续的，从而影响功能。为此，我们提出了一种基于测地线透镜概念的保角变换光学方法。所要求的是连续的折射率分布的折射率，这表明几乎完美的性能设计的设备。我们证明了这样一个建议，实现共形透明和反射。我们还可以通过两种技术利用理想电磁导体来进一步实现共形隐形斗篷。测地线的概念也可以应用于其他二维的服从亥姆霍兹方程的波。
2018-02-07 physics.optics
Controlling light with light using coherent meta-devices: all-optical transistor, summator and invertor
虽然大量的信息是通过光纤中的光子传输的，但大多数数据处理都是以电子方式进行的，这就造成了臭名昭著的“信息瓶颈”，并以越来越不可持续的速度消耗能源。光子器件直接操纵光的潜力仍然没有实现，主要是由于缺乏具有强，快速光学非线性的材料。在本文中，我们表明，小信号放大器，summer和逆变器功能的光信号可以实现使用四端口设备，利用相干相互作用的光束在平面等离子体超材料，假设没有固有的非线性。端口之间的能量重新分配可以在单光子水平上进行相干控制，具有太赫兹带宽并且不会引入信号失真，从而为新型光学数据处理架构，复杂性预言机和正在成为主流电信议程的一部分的局部相干网络提供了强大的机会。
2016-04-19 physics.optics
Controlling light in complex media beyond the acoustic diffraction-limit using the acousto-optic transmission matrix
用光研究复杂样品的内部结构是一项重要的任务，但由于光散射，这是一项艰巨的挑战。虽然多重散射引起的复杂光学畸变可以通过介质的散射矩阵的知识有效地消除，但是该矩阵通常是未知的，并且在所有感兴趣的点处不存在荧光或吸收探针的情况下不能以高分辨率测量。为了克服这些局限性，我们在这里介绍的声光传输矩阵（AOTM）的概念。利用超声波在复杂样品中的近无散射传播，我们非侵入性地测量超声编码的，空间分辨的光学散射矩阵。我们表明，奇异值分解分析的AOTM，获得使用单个或多个超声波束，允许控制光学聚焦超过散射介质中的声衍射极限。我们的方法提供了一个通用的框架，分析声光实验，非侵入性的，高分辨率的复杂介质的研究。
2017-07-08 physics.optics
Controlling the sign of chromatic dispersion in diffractive optics with dielectric metasurfaces
衍射光栅将光分散成彩虹色，其顺序与折射棱镜相反，这种现象称为负色散。虽然折射色散可以通过材料折射率来控制，但衍射色散基本上是由几何形状决定的干涉效应。在这里，我们表明，这一基本属性可以改变使用介电超颖表面，我们实验证明衍射光栅和聚焦镜与积极的，零，和超负色散。这些光学元件使用由介电纳米柱组成的反射超颖表面来实现，所述介电纳米柱提供对相位及其波长导数的同时控制。此外，作为第一个实际应用，我们展示了一个聚焦镜，表现出五倍减少色散，从而增加了几乎三倍的工作带宽相比，一个规则的衍射元件。这一概念挑战了衍射光学器件的普遍接受的色散特性，并扩展了它们的应用和功能。
2017-06-19 physics.optics
Self-focusing and the Talbot effect in conformal transformation optics
变换光学（transformationoptics，TO）已被用于提出各种新颖的光学器件。在超材料的帮助下，一些有趣的设计，如隐形斗篷，已经实现。然而，由于基本单位应远小于工作波长，以实现有效的材料参数，和设备的尺寸应远大于照明的波长内工作的光线近似，这是一个很大的挑战，实现实验系统，同时工作的几何光学和波动光学。本文利用梯度折射率微结构光波导实现了一种共形变换光学器件，并证明了它的几何光学自聚焦特性和波动光学的Talbot效应。此外，这种系统中的Talbot效应具有在无衍射的情况下传输数字信息的潜在应用。我们的研究结果在一个可行的实验系统中证明了CTO的光子控制能力。
2017-07-19 physics.optics
Controlling optical memory effects in disordered media with coated metamaterials
无序光学介质中的记忆效应，如倾斜-倾斜和移位-移位空间相关性，大多数应用都集中在生物组织内部和通过生物组织成像。在这里，我们提出了一种超材料平台，不仅可以增强，而且可以调节随机介质中的记忆效应。具体地说，我们研究了由涂层球和圆柱体组成的超材料中的移位-移位和倾斜-倾斜的空间相关性的辐射转移方程。本文从单次散射相函数出发，计算了球、柱两种几何形状的各向异性散射介质中的平移关联，并找到了它们之间的一个简单关系。我们证明了Fokker-Planck模型在小角近似下可以得到有弹道光贡献的平移-倾斜记忆效应。通过考虑一个二维的散射系统，厚的介质圆柱体与亚波长层的热可调磁光半导体涂层组成，我们提出了定制和控制的光散射中的移位移位和倾斜倾斜的记忆效应的可能性。特别是，我们表明，广义记忆效应可以通过提高系统的温度，它可以通过施加外部磁场减少。总之，我们的研究结果揭示了超材料系统在无序介质中控制外部记忆效应的潜在应用。
2018-11-13 physics.optics
Controlling light propagation: a brief review
Hoffman等人最近的研究结果表明，使用当前的纳米纤维技术，通过交错InGaAs/AlInAs来构建负折射材料（NIM）是可能的。他们的发现提供了第一个实验证据，证明了长期以来由变换光学假设的负折射半导体。本文综述了半导体折射率理论和负折射现象，着重介绍了Hoffman等人的研究成果，并以变换光学理论为基础，展望了这一学科的发展前景及其对材料电动力学性质剪裁的重要性。
2013-03-05 physics.optics
Time-resolved Diffusing Wave Spectroscopy to Enable Ultrafast Electro-optic Relaxation Dynamic in Liquid Crystals
由于其统计性质，使得能够控制自发动态过程在实践中是一项非常复杂的任务，并且双折射液晶（NLC）系统中的电光（E-O）弛豫动态也不例外。控制E-O弛豫时间需要适当的显微可视化。为此，首次建立了时间分辨扩散波谱（TR-DWS），并进一步证明了通过控制NLC的取向有序度，可以使NLC的线性E-O弛豫时间从25毫秒提高到350微秒。除了改善线性电光动力学外，预计所提出的TR-DWS的应用范围可能扩展到诸如混浊介质中的光学成像、包括微型激光器、非晶光子晶体等在内的复杂量子系统中的相干控制和光学操纵等应用。
2019-01-22 physics.optics
A review of dielectric optical metasurfaces for wavefront control
在过去的几年中，超颖表面已被用来展示光学元件和系统的能力，超过传统的衍射光学。在这里，我们回顾了这些最新的发展，重点是介电结构的整形光学波前。我们讨论了实现高效率的陡峭的相位梯度，同时偏振和相位控制，控制色散，控制角响应的机制。然后，我们回顾了在成像，共形光学，可调器件和光学系统中的应用。最后，我们展望了未来的潜力和需要克服的挑战。
2018-04-25 physics.optics
Boundary integral equation method for resonances in gradient index cavities designed by conformal transformation optics
对于由保角变换光学设计的二维梯度折射率腔，我们提出了一种边界积分方程方法，利用一个与物理空间完全等价的虚拟空间来计算谐振模函数。利用虚拟空间中均匀折射率腔内部区域的格林函数，可以得到谐振模函数及其在物理空间中的远场分布。作为验证，计算了Limaçon型变换腔的谐振模，并与有限元法得到的相同模式的模式图和远场强度分布进行了比较。
2019-09-25 physics.optics
Conformal cloak for waves
共形隐身装置只能在几何光学的有效范围内工作。在这里，我们通过数值模拟和分析论证表明，对于某些量子化频率，即使在明显违反几何光学的制度中，它们也几乎是完美的。量子化条件由亥姆霍兹方程和定态薛定谔方程之间的类比得出。
2011-02-01 physics.optics
Controlling light polarization by swirling surface plasmons
光的偏振是现代光学的一个重要方面。目前的偏振控制方法利用各向异性材料或各向异性形状纳米结构阵列的双折射和二向色性。基于集体光学效应，所产生的组件仍然比光的波长大得多，这限制了设计策略。在这里，我们提出了一种行波等离子体天线，克服了这一限制，使用金涂层的螺旋纳米线非辐射馈与偶极孔径纳米天线。我们的非共振混合纳米天线通过在亚波长尺度上旋转表面等离子体激元并利用光学自旋轨道相互作用来实现紧密限制的圆偏振光。四个紧密包装的圆偏振光源相反的旋向性和可调强度的演示。通过相邻纳米天线之间的近场相互作用，我们获得了一个高度小型化的波片，其偏振特性以前从未被证明。
2018-12-16 physics.optics
Controlling plasmonic orbital angular momentum by combining geometric and dynamic phases
通过合理设计超颖表面，对表面等离子激元（SPP）的可调谐轨道角动量（OAM）进行了理论研究。通过控制纳米孔阵列的取向角和空间位置，表面波的场分布可以被设计为包含自旋相关和独立的OAM分量。对几何相位和光程差引起的相位（动态相位）的同时控制为操纵SPP的OAM提供了额外的自由度。我们发现，任意的OAM数的组合可以实现由不同的圆偏振入射光激发的SPP。这一结果为表面等离子体的OAM提供了有力的控制，在光俘获、成像、通信和量子信息处理等方面具有潜在的应用前景。
2016-11-20 physics.optics
Production of Dynamic Frozen Waves: Controlling shape, location (and speed) of diffraction-resistant beams
最近，我们通过实验实现了抗衍射光束形状的非常有效的建模;从而首次产生了所谓的冻结波（FW），其纵向强度图案可以任意选择，在传播轴的预定空间间隔内。这种波具有许多潜在的应用：在医学，生物医学光学，光镊，原子引导，遥感，牵引光束，光通信或计量学，以及光子领域的其他主题。在这项工作中，我们扩展了我们的理论FW-这导致梁赋予静态包络-通过动态建模的FW，其形状现在允许演变的时间在一个预定的方式。我们在光学实验中，通过计算全息技术和空间光调制器来创建这样的动态FW。实验结果在这里提出了两种情况下的动态FW，零和其他的高阶，最后一个是最有趣的，包括在一个圆柱形表面的光的几何形状在空间和时间的变化。
2015-09-24 physics.optics
Controlling plasmonic Bloch modes on periodic nanostructures
我们研究并主动控制表面等离子体激元在纳米孔阵列上的相干特性。通过数字空间光调制器（SLM）外部控制光激发的振幅和相位，观察到具有高对比度的SPP干涉条纹图案。我们的干涉观测陶醉与周期性纳米结构的布洛赫模式打扮的SPP。与这些Dressed Plasmon（DP）相关的动量高度依赖于光栅周期，并且完全符合我们的理论预测。我们表明，DP波的动量原则上可以超过SPP动量。通过可编程相位图案主动控制DP波提供了适用于传感、表面增强拉曼散射和等离子体结构照明显微镜的高场限制的潜力。
2013-04-04 physics.optics
Controlling Voigt waves by the Pockels effect
研究了Voigt波在均匀化复合材料（HCM）中的传播，该材料由折射率为$n_a$的流体渗透的多孔电光基质材料制成。HCM的本构参数估计使用扩展的Bruggeman均匀化形式主义。数值研究表明，支持Voigt波在HCM中传播的方向基本上可以通过施加直流电场来控制。此外，发现可以实现这种控制的程度对主体材料的孔隙率、孔的形状、尺寸和取向以及折射率$n_a$敏感。这些发现可能对Voigt波的潜在技术应用特别重要，例如在光学传感中。
2014-08-04 physics.optics
A general framework for conformal transformations in electron optics
log-pol变换的实现最近在带电物质涡旋的电子光学中引入了一个新的推动力，允许在线性和轨道角动量（OAM）状态之间进行共形映射并测量它们。这种坐标变换属于Hossack变换的一般框架，最近已经通过静电元件有效地实现了。在这封信中，我们表明，这是一个一般的属性，这些共形变换产生的谐波相位元素，因此承认在电子光学方案中的静电实现。我们考虑一种新的保角映射，圆扇区变换，这是最近推出的OAM乘法和除法在光学，并讨论它是如何表示拉普拉斯方程的一般解，显示出类比的生成相元素与投影多极场和线性电荷分布。此外，我们证明了它的能力，执行多极波前的排序，发现一种新颖有效的方法来测量的强度和方向的偶极子场在一个快速，紧凑和直接的方式。
2020-03-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
A conformal mapping approach to broadband nonlinear optics on chip
针对片上非线性光学器件带宽受限问题，提出基于变换光学设计弯曲加速波导的保角映射方法，实现了宽带连续频率转换，兼容多种非线性材料。
2024-02-13 physics.optics
Controlling the Emission of Electromagnetic Sources by Coordinate transformation
研究了含有电磁源的空间上的坐标变换问题。我们发现，不仅介质的介电常数和磁导率张量，而且介质内的源将采取另一种形式，以便表现为与原始情况等效。结果表明，在自由空间中任意形状和位置的源可以被适当设计的电流分布在内表面的超材料涂层所取代，并且不会被外部观察者检测到，因为源的发射可以通过这种方式随意控制。作为例子，我们展示了如何设计共形天线覆盖源与转换介质。本文提出的方法为开发新型有源电磁器件提供了一种全新的途径。
2007-12-21 physics.gen-ph physics.optics
Experimental observation and manipulation of optical tornado waves
本研究实验生成并调控了光学龙卷风波（ToWs），通过调控自聚焦长度等参数实现强度瓣0到1100度的累积旋转角控制，证实焦点重合时角速度最高，实验与数值结果吻合。
2022-01-13 physics.optics
Wafer-scale conformal metasurface optics
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Gwangju Institute of Science and Technology（光州科学技术院）；University of Washington（华盛顿大学）；Pi Inc.（2Pi公司）
针对现有共形光学制备技术的局限，本研究提出基于工业热成型工艺的晶圆级高曲率超表面可控制备方法，结合热流变模型补偿应变，实现了衍射极限性能的人工复眼器件。
2025-11-13 physics.app-ph physics.optics
Optical Conformal Mapping and Dielectric Invisibility Devices
一个隐形装置应该引导光围绕一个物体，就好像什么都没有，不管光来自哪里。由于光的波动性质，理想的隐形装置是不可能的。本文提出了一种在几何光学精度范围内实现完美隐形的介质设计的一般方法。在这里，不可见性的缺陷可以任意小，以隐藏比波长大得多的物体。使用现代超材料，这种设备的实际演示似乎是可能的。这里开发的方法也可以应用于逃避其他形式的波，如声音的检测。
2006-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Controlling Strong Electromagnetic Fields at a Sub-Wavelength Scale
我们研究了金属屏幕上两个亚波长凹槽的光学响应，两个亚波长凹槽相隔一段亚波长距离。我们表明，法布里-珀罗模式，已经观察到在一维周期性光栅和已知的单缝，分裂成两个共振在我们的系统中：一个对称的模式与一个小的Q-因子，反对称的一个，导致更强的光增强。这种行为的结果从近场耦合的凹槽。此外，第二入射波的使用允许根据两个入射波之间的相位差来控制光子在我们选择的凹槽中的定位。该系统实际上是一个远场操作的亚波长光开关。
2006-02-20 physics.optics
Controlling light in scattering media noninvasively using the photo-acoustic transmission-matrix
光学波前整形已经成为一种强散射介质中操纵光的有力工具。它能够在传统显微镜技术无法实现的深度进行衍射限制聚焦和成像。然而，尽管迄今为止大多数波前整形工作都利用了直接接近目标或植入探针的方法，但挑战在于将其非侵入性地应用于复杂样品中。超声标记技术最近已被证明，但这些需要一个连续的逐点采集，成像应用的一个主要缺点。在这里，我们介绍了一种新的方法来非侵入性地测量散射介质内的光传输矩阵，利用光声效应。我们的方法允许第一次同时歧视，本地化，并选择性地将光聚焦在散射样品内的多个目标上，以及恢复和利用散射介质的特性。将传输矩阵的强大方法与光声成像的优点相结合，开辟了利用内源性光学对比度进行深层组织成像和光传输的途径。
2013-05-27 physics.optics
Nanofabrication beyond optical diffraction limit: Optical driven assembly enabled by superlubricity
本研究探讨了超润滑表面上纳米颗粒的光学操控，利用近零摩擦特性实现了低光强下5 nm颗粒的亚微秒级操控，并能构建1/75光波长的超分辨率微结构，为纳米加工和光刻等领域提供了新方法。
2024-01-07 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic Purcell factor and coupling efficiency to surface plasmons. Implications for addressing and controlling optical nanosources
Purcell因子$F_p$是腔量子电动力学（cQED）中的关键量，其量化偶极发射极和腔模式之间的耦合率。它的简单形式$F_p\propto Q/V$揭示了增强和控制光-物质相互作用的可能策略。实际上，由于i）基于cQED的高品质因数$Q$或ii）基于纳米光子学和等离子体激元学的低模态体积$V$，实现了有效的光-物质相互作用。在过去的十年中，已经做了很大的努力，以获得一个等离子体珀塞尔因子，以转置cQED概念的nanocale，在标度律的方法。在这项工作中，我们讨论了离域（SPP）和本地化（LSP）表面等离子体激元的等离子体珀塞尔因子，并简要总结了预期的应用纳米光子学。基于SPP共振形状（洛伦兹或法诺轮廓），我们导出了离域等离子体激元耦合率的封闭表达式。的品质因数因子和模式限制的SPP和LSP进行量化，展示了他们强烈的亚波长行为。
2016-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Implementation of conformal digital metasurfaces for THz polarimetric sensing
监测和控制电磁波的偏振状态对于诸如线性位置感测和医学成像之类的各种基本和实际应用具有重要意义。在这里，我们提出了第一个共形的数字超材料吸收体来检测太赫兹入射波的偏振状态。所提出的偏振仪是能够表征四个独立的偏振态（TE，TM，$\pm {45^\circ}$线性，和RCP/LCP）通过观察相对于x和y方向的结构的反射率。此外，该结构对不同偏振方向的斜入射波在$50^{\circ}$入射角范围内的吸收率均大于90%.通过两个独立的计算机编程的多通道DC网络，仅仅改变两个正交的VO 2微丝的偏置电压，在不同偏振的激励下发生反射波的不同条件，从而可以容易地估计入射波的偏振状态。我们相信，所提出的基于超颖表面的偏振计可以为曲面上的偏振检测应用铺平道路。
2021-01-06 physics.app-ph physics.optics
Controlling phonons and photons at the wavelength-scale: silicon photonics meets silicon phononics
射频通信系统长期以来一直使用支持超声波机械波的体声波和表面声波器件来操纵和感测信号。这些设备大大提高了我们处理微波的能力，通过将它们与数量级更慢和更低损耗的机械场相连接。与此同时，长距离通信一直由低损耗的红外光子主导。随着电信号处理和传输接近由能量耗散施加的物理极限，现在正在积极考虑将光链路用于移动和云技术。因此，存在用于通过可缩放半导体工艺制造的波长尺度机械波或“声子”电路的强驱动器。随着这些电路的出现，结合了电、光和机械元件的新的微米和纳米结构已经出现。在这些器件中，例如光机械波导和谐振器，光学光子和千兆赫声子理想地彼此匹配，因为两者都具有微米量级的波长。因此，声子电路的发展已经成为光信号处理和传感应用以及新兴量子技术的一个充满活力的研究领域。在这篇综述中，我们讨论了支撑这一领域的关键物理和品质因数。我们还总结了纳米级机电系统的最新技术水平，重点关注硅等可扩展平台。最后，我们给出了这些新系统可能带来的前景以及它们在未来几年面临的挑战。特别是，我们认为，在芯片上集成高度相干和紧凑的机械元件的混合电和光机械设备在电光调制、量子微波到光子转换、传感和微波信号处理方面具有显著的未开发潜力。
2018-10-07 physics.app-ph physics.optics
Controlling Surface Plasmons Through Covariant Transformation of the Spin-Dependent Geometric Phase Between Curved Metamaterials
广义相对论使用弯曲的时空来描述加速的坐标系。粒子在不同弯曲时空中的运动，可以通过不同坐标系之间的协变变换，看作是等价的物理过程。在这项工作中，我们使用一维弯曲的超材料来模拟弯曲时空中的加速粒子。不同的曲线形状的结构被用来模拟不同的加速帧。沿着结构的不同几何相位用于模拟帧中的不同运动。利用广义相对论的协变原理，我们可以通过时空变换，如洛伦兹变换和保角变换，得到等价的纳米结构。通过这种方式，可以发现许多协变结构，它们在被自旋光子激发时产生相同的表面等离子体场。基于引力场中的Rindler度规，得到了一种新的加速光束--Rindler光束。基于几何相位梯度的系统可以获得很大的有效折射率。这种通用的协变设计方法可以推广到许多其他光学介质。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall gr-qc physics.optics
