Reconfigurable Multifunctional Metasurfaces Employing Hybrid Phase-Change Plasmonic Architecture
我们提出了一种混合器件平台，用于创建通过等离子体纳米结构与相变材料碲化锗锑（GST）的集成形成的电可重构超颖表面。通过焦耳加热将GST的相从非晶变为结晶，可以实现来自超颖表面的大范围的响应。此外，通过使用GST的中间相，超颖表面可以在过耦合和欠耦合状态下与入射光相互作用，从而导致固有的宽带响应。通过对基模性质的详细研究，我们证明了在像素级改变GST的晶相能够有效控制关键特性（即，振幅、相位和偏振）。这导致宽带电可调谐多功能元器件的实现，从而实现光束切换、聚焦、转向和偏振转换。这样的混合结构提供了一个高速，宽带，和非易失性可重新配置的范例，电可编程光学器件，如开关，全息图，和偏振计。
2022-08-17 physics.app-ph physics.optics
Holographic Resonant Laser Printing of metasurfaces using plasmonic template
与传统的光栅写入和点阵显示器（DMD）写入相比，具有空间光调制器（SLM）的激光打印具有几个优点：多像素曝光、高功率耐久性和用于计算机生成全息图（CGH）的现有软件。我们提出了一种基于SLM的超快激光打印的等离子体超颖表面的设计和制造技术。作为原理的证明，我们已经使用这种技术来激光打印等离子体超透镜以及高分辨率等离子体彩色装饰。高吞吐量全息共振激光打印（HRLP）方法能够按需大规模生产定制的超颖表面。
2018-01-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Ultrathin All-Angle Hyperbolic Metasurface Retroreflectors Based on Directed Routing of Canalized Plasmonics
回射器可以精确地将自由空间中的入射波沿着其原始通道重新定向，这为无线通信中的光操纵提供了前所未有的机会。然而，据我们所知，现有的方法设计的回射器遭受要么笨重的尺寸，窄的角度带宽，或耗时的后处理。在这里，提出了一种基于双曲等离子体元表面的全角度和全角度回射器的设计方案，并进行了实验验证。该方案的物理机制是自由空间中的行波与双曲等离子体元表面上的管道化欺骗表面等离子体之间的高效全角度跃迁。在这种情况下，强约束特性受益于增强的光-物质相互作用，使我们能够路由和回射的渠道SSP与极端的反射结构。作为该方案的验证，设计并制作了厚度近似等于中心波长的后向反射器原型。进一步的实验研究获得了83.2%的最大效率和53°的半功率视场。该方案可以在目标检测、遥感和各种片上光控器件中找到有前途的应用。
2022-01-11 physics.app-ph 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
Electrically Programmable Pixelated Graphene-Integrated Plasmonic Metasurfaces for Coherent Mid-Infrared Emission
本文提出集成 Gr-FET 的电可编程等离子体超表面，通过协同空间温度与发射率调制实现像素化、宽波段、多偏振的相干中红外发射。
2024-05-06 physics.app-ph physics.optics
Polarization-Controlled Coherent Phonon Generation in Acousto-Plasmonic Metasurfaces
纳米级（GHz-THz频率）的声振动及其与电子，光子和其他激发的相互作用是物理学中新兴领域的核心：纳米声学。设计频率可调、易于集成到复杂系统中的双频声-声子换能器仍然是声纳米镜和声子激光器发展中的一个开放和具有挑战性的问题。在这里，我们展示了如何优化的等离子体超颖表面可以作为一个高频声子换能器。我们报告了由金纳米结构阵列组成的超颖表面中的泵浦-探测实验，揭示了这种阵列可以作为高效且可调谐的光子-声子换能器，对激发速率和激光偏振具有很强的光谱依赖性。我们期望我们的工作是基于等离子体纳米结构的声子超表面工程的起点。
2018-05-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Beam Manipulation by Hybrid Plasmonic-Dielectric Metasurfaces
提出了一种混合等离子体-电介质超颖表面，以便以期望的方式操纵光束传播。该超颖表面由沉积在低折射率基底（即二氧化硅）上的图案化混合石墨烯-硅纳米盘组成。结果表明，所提出的混合超颖表面同时受益于石墨烯基超颖表面和介电超颖表面的优点。特别地，我们表明，所提出的混合超颖表面不仅提供可重构性，就像以前提出的石墨烯基超颖表面，但也类似于介电超颖表面，它是低损耗和CMOS兼容。这种特殊的特征赋予超颖表面实现高效光学部件的特殊潜力。为了证明后一点，使用所提出的混合结构作为两个众所周知的光学功能的示例来执行聚焦和异常反射。这项工作开辟了一条新的路线，在实现可重构元器件与广泛的现实世界的应用，不能实现与被动的同行。
2018-05-05 physics.optics
Polarization-sensitive GeSn Mid-Infrared Membrane Photodetectors with Integrated Plasmonic Metasurface
École Polytechnique de Montréal（蒙特利尔高等商学院）
针对中红外光电子需求，本文展示集成Au等离子体超表面的转移印刷Ge₀.₈₉Sn₀.₁₁薄膜光电探测器，实现3.0μm以上截止波长、2.5μm响应度提升近四倍及4:1偏振对比度，且可通过超表面尺度调谐工作波长，实验与模拟吻合。
2025-11-18 physics.app-ph physics.optics
Cross-polarized surface lattice resonances in a rectangular lattice plasmonic metasurface
多谐振超颖表面可以在滤波、传感和非线性光学中实现许多应用。然而，开发在指定谐振波长处具有多于一个高品质因数或高Q谐振的超颖表面是具有挑战性的。在这里，我们通过实验证明了一个等离子体超颖表面表现出不同的，窄的表面晶格共振，通过利用不同的晶格模式沿着不同尺寸的晶格传播的偏振自由度。表面由矩形周期晶格中的铝纳米结构组成。在630 nm和1160 nm附近测量得到的表面晶格共振，Q因子分别为~50和~800。后者是近红外II型窗口内创纪录的高等离子体激元Q因子。这样的超颖表面可能有利于频率转换和全光开关等应用。
2021-11-03 physics.optics
Optical emulation of double-continuum Fano interference by circularly dichroic plasmonic metasurfaces
通过设计两个亮等离子体激元模和一个暗等离子体激元模之间的近场相互作用，实验实现了使用超颖表面的双连续Fano（DCF）干涉的普遍存在的量子力学现象的经典仿真。利用等离子体DCF干涉的解析理论发现并解释了亮模之间的竞争，其中一个亮模有效地抑制了正交光偏振的Fano干涉，并将其应用于预测等离子体超颖表面的圆二向色性光场集中。
2014-09-03 cond-mat.mtrl-sci 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
Mass-manufactured Gradient Plasmonic Metasurfaces for Enhanced Mid-IR Spectrochemical Analysis of Complex Biofluids
提出一种基于梯度等离激元微孔阵列超表面的SEIRAS平台，通过高通量晶圆级制造和级联共振峰实现复杂生物流体的高效中红外指纹分析，为生物医学应用奠定基础。
2025-03-04 physics.app-ph physics.optics
Single-step fabrication of high performance extraordinary transmission plasmonic metasurfaces employing ultrafast lasers
等离子体超颖表面基于特殊的光学透射效应（EOT），可以有效地透射从可见光到远红外的特定光谱波段，在紧凑型多光谱成像、生物和化学传感、彩色显示等重要技术领域有着广泛的应用。然而，由于它们的亚波长性质，EOT超颖表面现在用纳米和微米光刻技术制造，需要许多处理步骤并且在昂贵的洁净室环境中进行。在这项工作中，我们提出并实验证明了一种新的，单步工艺的快速制造高性能的中，长波红外EOT超颖表面采用超快直接激光写入（DLW）。微孔阵列组成的非凡的传输超颖表面的面积为4平方毫米的时间尺度的单位分钟，采用单脉冲烧蚀的40纳米厚的金膜上的电介质基板上安装在一个高精度的电动阶段。我们展示了如何通过仔细表征只有三个关键的实验参数对加工的微观形貌（即激光脉冲能量，扫描速度和光束整形狭缝）的影响，我们可以有按需控制的光学特性的非凡的传输效应的传输波长，品质因数和偏振灵敏度的共振。为了说明这一概念，一组EOT超颖表面具有不同的性能和操作在不同的光谱制度已经成功地设计，制造和测试。透射率测量和数值模拟之间的比较表明，所有制造的设备表现出预期的，从而证明了所提出的制造方法的高性能，灵活性和可靠性。
2022-01-25 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear Chiroptical Effect in Refractory Plasmonic Molybdenum Metasurface: Chiral Saturated Absorption and Chiral Reverse Saturable Absorption
本文研究难熔手性钼超表面的非线性手性光学响应，观测到手性三次谐波、饱和与反饱和吸收，并验证圆偏振光限幅器及全光逻辑应用潜力。
2025-02-18 physics.optics
Analog computing using reflective plasmonic metasurfaces
受最近对使用光和超表面的紧凑模拟计算的重新兴趣的激励（Silva，A.例如，Science 2014，343，160-163），我们提出了一种实现其的实用方法，其涉及由亚波长薄电介质间隔物和光学厚金膜顶上的阵列金纳米砖组成的反射超颖表面，这是一种支持间隙表面等离子体共振的配置。使用完善的数值例程，我们证明了这些元表面能够独立控制光的相位和振幅，并设计具有现实系统参数的微分器和积分器元表面。的原理证明实验的报告，随着一个高品质的穷人的积分元表面工作在800 nm的波长的成功实现。
2016-09-15 physics.optics
Effective surface conductivity of plasmonic metasurfaces: from far-field characterization to surface wave analysis
超颖表面提供了巨大的潜力来控制近场和远场，通过工程的光学性质的基本细胞或元原子。这种观点开辟了一条在纳米级和光子学应用中有效操纵光信号的途径。在本文中，我们表明，通过使用一个有效的表面电导率张量，它是可以明确地描述在远场和近场制度的各向异性超颖表面的光学性质。我们首先检索的有效表面电导率张量的实验和数值反射光谱的比较分析，由椭圆形的金纳米粒子组成的metasurface。之后恢复电导率进行了验证，在交叉检查与半解析参数与离散偶极子模型与偶极子相互作用的贡献。所获得的有效参数进一步用于在超颖表面局部化的表面等离子体激元的色散分析。有效介质模型预测存在的TE和TM偏振等离子体激元在很宽的光学频率范围内，并描述了他们的色散特性，特别是，从椭圆形到双曲线政权的拓扑过渡合格的精度。分析问题提供了一个简单实用的方法来描述属性的元表面，包括在近场区提取有效的参数，从方便的远场表征。
2017-12-18 physics.app-ph physics.optics
Hyperpolarizability of plasmonic meta-atoms in metasurfaces
本文提出等效RLC电路模型估算等离子体元原子的一阶超极化率，经实验与计算验证，为非线性超表面设计提供简便工具。
2020-07-10 physics.optics
High-speed metasurface modulator using critically coupled bimodal plasmonic resonance
本文提出一种基于临界耦合双模等离子体共振的高速等离子体超表面电光调制器，在近红外波段实现了9.5 dB调制深度和1.25 GHz带宽，为超高速有源超表面器件提供了新机遇。
2023-09-09 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 switching of a dye-doped liquid crystal plasmonic metasurface
研制了一种由等离子体激元开口环谐振器和染料掺杂液晶组成的可开关超表面。通过用可见光谱范围内的光照射染料掺杂的液晶，可以改变超表面在红外光谱范围内的透射率。该效果在液晶的混合配向的情况下特别有效，即。e.在一个衬底上垂直于表面的指向矢的对准和在相对衬底上的平行对准。这种全光开关效应可以归因于先前工作中描述的巨大光学非线性或表面诱导非线性光学效应。
2020-04-09 physics.optics
Operation of Quantum Plasmonic Metasurfaces Using Electron Transport through Subnanometer Gaps
本文采用含时密度泛函理论研究了由具有亚纳米间隙的金属纳米物体组成的量子等离子体超颖表面的光学性质。当量子和经典的描述进行比较时，超颖表面的透射率、反射率和吸收率在较短的间隙距离处表现出实质性的差异。这些差异是由通过纳米物体间隙的电子输运引起的。电子输运对于小于或约0.2 nm的间隙距离具有深远的影响;即，几乎等于在孤立系（诸如金属纳米二聚体）中的常规间隙等离子体中发现的距离的一半。此外，它表明，电子输运使等离子体的超颖表面的功能不明确，并产生广泛的光谱结构的光学响应。特别地，反射响应随着间隙距离减小而呈现快速衰减，而吸收响应在宽光谱范围上延伸。
2019-06-14 physics.optics
Exceptional point in a PT symmetric non-Hermitian terahertz plasmonic metasurface
本文实验展示了非厄米PT对称太赫兹等离激元超表面中的奇异点，通过耦合模理论分析相变，为高灵敏度太赫兹器件开发提供新途径。
2025-06-22 physics.app-ph physics.optics
Topology optimized plasmonic metasurfaces for optical trapping of nanoparticles
提出基于密度的拓扑优化框架，通过最大化梯度力优化等离激元超表面，实现对不同尺寸和材料纳米颗粒的高效光捕获，并引入制造约束以简化设计。
2026-07-03 physics.optics
From local to nonlocal high-Q plasmonic metasurfaces
本文提出一种综合策略，通过有效剪裁局域和非局域机制下的谐振模式，克服损耗限制，在等离激元超表面中实现高Q因数谐振。
2023-11-22 physics.optics
A comparative analysis of plasmonic and dielectric metasurface sensing platforms powered by bound states in the continuum
本文对比等离激元与介电BIC超表面在不同损耗液体环境中的传感性能，发现干燥条件下介电平台更优，有损耗溶剂中等离激元平台更佳，为SEIRAS材料选择提供框架。
2025-06-23 physics.optics
Millivolt modulation of plasmonic metasurface via ionic conductance
我们在这里报告和实验证明了一个主动控制的门可调等离子体超颖表面工作在可见光区域的电磁波谱，其中引人注目的反射调制的工作电压远小于1V。电可调超颖表面由在石英衬底上的银和铬上图案化的反支墩结构（iDolmen）组成，随后覆盖有5 nm的Al2O3薄层，随后是110 nm的氧化铟锡（ITO）层，其充当透明电极。我们设计的结构在施加小电压（小于1V）时显示出高达78%的反射变化。我们解释这种行为通过离子电导的银通过氧化铝和ITO，导致主动电阻开关。有趣的互补效应，如在相同的结构中减少反射在一个宽带的波长上也被视为反向施加的偏置。结果提供了一个洞察使用的电阻开关的电控制光物质相互作用的等离子体超颖表面。
2016-07-12 physics.optics
Optical phased arrays for LIDAR: beam steering via tunable plasmonic metasurfaces
控制由元件发射的光的相位和振幅（即，像素）对于实现用于LIDAR应用的动态光束转向是至关重要的。在本文中，我们提出了一种由薄氧化物层覆盖的金属纳米天线和导电氧化物组成的等离子体像素，例如，ITO，用于反射阵列超颖表面。通过考虑通过金属连接器的纳米天线的电压偏置，并利用在积累和耗尽区的金属氧化物半导体电容器中的载流子折射效应，我们的模拟预测在$>330^{\circ}$范围内的反射系数相位的控制具有几乎恒定的幅度。我们讨论了光学响应的物理机制，连接器的效果，并提出了策略，以最大限度地提高反射系数的大小，并实现双波段操作。通过3D-FDTD模拟证明了我们的等离子体像素设计在LIDAR中用于光束转向的适用性。
2019-12-04 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Influence of plasmon resonances and symmetry effects on second harmonic generation in WS2-plasmonic hybrid metasurfaces
过渡金属二硫属化物（TMD），如$WS_2$，在单层（1 L）中的二次谐波（SHG）的非线性过程强烈依赖于激发光的偏振态。通过将等离子体纳米结构转移到等离子体纳米天线阵列上将等离子体纳米结构与$1L-WS_2$组合，实现了影响其SHG的偏振依赖性的混合超表面。在这里，我们研究如何等离子体振子偶极共振的影响过程中的等离子体-TMD混合超颖表面的非线性光谱。我们表明，极化依赖性的影响，等离子体纳米天线阵列的晶格结构，以及由$1L-WS_2$和个人等离子体纳米天线之间的相对取向。此外，这种混合超颖表面在极化状态下显示出SHG，其中SHG通常对于$1L-WS_2$或等离子体纳米天线是禁止的。通过将这些通道中的SHG与混合元表面组件生成的SHG进行比较，我们检测到SHG信号增强了40倍以上。同时，观察到通常允许的偏振态的SHG信号的衰减。我们的研究提供了有价值的洞察力的混合动力系统的对称性强烈影响的SHG和开放的可能性定制的SHG在$1L-WS_2$为未来的应用。
2021-10-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
On-chip visible light communication-band metasurface modulators with niobium plasmonic nano-antenna arrays
我们介绍了基于铌（Nb）金属等离子体纳米天线阵列的芯片集成可见光通信波段调制器。我们的等离子体纳米器件对入射可见光的偏振和它们的亚波长纳米级构建块的几何参数提供了很强的灵敏度。此外，它们在室温下在谐振波长λ = 716 nm处提供调制深度MD = 60%的光学调制特性。通过设计Nb纳米器件阵列的光响应，我们观察到在谐振波长λ= 650 nm处的最大消光A（λ）= 1- R（λ）= 95%。我们的研究结果表明，集成的Nb纳米天线阵列器件可以被认为是合适的平台，用于实现芯片级光电子器件接口低温量子线路，和基于光纤的通信系统，应用在量子计算，量子通信和量子处理。
2021-07-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Integrated Plasmonic Metasurfaces for Spectropolarimetry
等离子体超颖表面能够同时控制光的相位、动量、振幅和偏振，因此在实现紧凑的光子器件中具有很大的实用性。在本文中，我们展示了一种新的芯片级设备，适用于同时偏振和光谱测量，通过使用六个集成的等离子体元表面（IPM），它将具有给定偏振态和光谱分量的光转换为定义明确的空间域。完整的校准和表征我们的设备，从而良好的光谱分辨率和偏振精度在500-700纳米的波长范围内示出。我们的设备在穆勒矩阵模态的功能证明通过测定的偏振特性的市售可变波片。我们提出的IPM是强大的，紧凑的，可以制造一个单一的光刻步骤，有前途的偏振成像，量子通信和定量传感的许多应用。
2016-04-26 physics.optics
Multi-resonant high-Q plasmonic metasurfaces
共振超颖表面是由纳米结构的亚波长散射体组成的器件，其产生窄的光学共振，使得能够在滤波、非线性光学和分子指纹中应用。对于这些应用，非常期望将这样的装置与多个高品质因数共振结合;然而，在单个等离子体表面中获得多于一对的窄共振可能是具有挑战性的。在这里，我们展示了一个多共振超颖表面，通过扩展表面晶格共振的功能，这是金属纳米粒子阵列的集体响应。该器件具有一系列具有高品质因数（Q ~ 40）的共振，比等离子体纳米颗粒通常可实现的大一个数量级，以及窄的自由光谱范围。这种设计方法可用于更好地定制谐振超颖表面的透射光谱，并代表了光学器件小型化的重要一步。
2019-08-16 physics.optics
Angle-insensitive spectral imaging based on topology-optimized plasmonic metasurfaces
基于工程光谱调制和计算光谱重建的片上光谱成像为便携式光谱相机提供了一种有前途的方案。然而，调制单元的角度依赖性导致光谱成像的角度敏感性，这限制了它的实际应用。在这里，我们提出了一种基于30°视场下的一组拓扑优化的等离子体元表面单元的角度鲁棒光谱恢复设计，并在450至750 nm的波长范围内展示了平均偏振的角度不敏感的片上光谱成像。此外，我们实验验证了角度不敏感的光谱滤波效果的制造元表面单元，并展示了角度鲁棒的光谱重建与98%的保真度。该方法扩展了光谱成像的应用范围，并为设计其他角度鲁棒器件提供了指导。
2022-12-15 physics.optics
Laser-Scrawled Random Plasmonic Metasurface in Nanoseconds for Physical Unclonable Functions
Dalian University of Technology（大连理工大学）；Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院大连化学物理研究所）；China Jiliang University（中国计量大学）
本研究提出一种纳秒脉冲激光刻蚀技术，用于快速制备随机等离子体超材料物理不可克隆函数，通过纳米级结构共振生成独特光学指纹，实现高容量和稳定性。
2026-03-19 physics.optics
Gigahertz directional light modulation with electro-optic metasurfaces
本文提出等离子体—有机混合电光超表面，利用 quasi-BIC 金属狭缝阵列与 JRD1 材料实现像素级局部调控，达成 0.4 nm/V 调谐和约 4 GHz 带宽的光束转向。
2025-01-10 physics.app-ph physics.optics
Ultra-fast Graphene-Plasmonic Hybrid Metasurface Saturable Absorber with Low Saturation Fluence
提出基于亚波长厚度石墨烯-等离子体混合超表面的饱和吸收体设计，通过激发纳米热点非平衡载流子，将饱和通量降低3个数量级并实现超快恢复，为低阈值紧凑型锁模激光器等应用提供新方案。
2023-05-20 physics.app-ph physics.optics
Dynamic plasmonic colour display
基于工程超颖表面的等离子体彩色打印由于其前所未有的亚波长分辨率和高密度光学数据存储而彻底改变了彩色显示科学。然而，具有包括动态多色打印、动画和高度安全加密的新颖功能的先进等离子体显示器仍处于起步阶段。在这里，我们展示了一个动态的等离子体激元彩色显示技术，使所有上述功能使用催化镁超颖表面。作为动态像素的组成镁纳米颗粒的受控氢化和脱氢允许等离子体彩色打印、调谐、擦除和颜色恢复。不同的动态像素具有不同的颜色变换动力学，从而实现等离子体动画。通过智能材料处理，在光学和扫描电子显微镜都无法识别的选定像素上编码的信息只能使用氢作为解码密钥读取，这表明新一代的信息加密和防伪应用。
2021-05-04 physics.app-ph physics.optics
Digital Metasurface Based on Graphene: An Application to Beam Steering in Terahertz Plasmonic Antennas
超材料的二维对应物--超表面，由于其对电磁波的强大操控能力而引起了人们的极大关注。最近出现了各种各样的元表面，不仅展示了无数的功能，而且还展示了可重构的响应。此外，数字或编码元表面通过将设备描述为离散构建块状态的矩阵而彻底改变了该领域，从而与信息理论形成了清晰的平行关系，并开辟了对高级元表面进行建模、组合和（重新）编程的新方法。本文加入了可重构和数字的方法，并提出了一种超表面，利用石墨烯的可调谐性，在太赫兹频率进行光束转向。一个全面的设计方法，包括技术，单元设计，数字超材料合成，和可编程性方面。通过沿着超颖表面平面设置和动态调整相位梯度，所得到的设备实现了在所有实际方向上的波束转向。所提出的设计进行了研究，通过分析模型和数值验证，显示波束宽度和转向误差远低于10度和5%，在大多数情况下。最后，设计准则提取通过涉及元表面的大小和数量的单元格状态的可扩展性分析。
2020-12-20 cs.ET physics.app-ph physics.optics
Leveraging Plasmonic Nanocavity Arrays Forming Metasurfaces to Boost Second Harmonic Generation due to Surface Effects
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Applied Research Labs, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室）；University of Memphis（孟菲斯大学）
本文通过等离子体纳米腔阵列形成的超材料，利用钛氧化物的表面非线性极化效应显著增强二次谐波生成。
2025-12-16 physics.optics
Strong Modulation of Infrared Light using Graphene Integration with Plasmonic Fano-Resonant Metasurfaces
等离子体超颖表面代表了一个有前途的平台，用于增强光-物质相互作用。超颖表面的光学响应的主动控制对于诸如光束转向、调制器和开关、生物化学传感器和紧凑型光电子器件的应用是期望的。在这里，我们使用具有两个Fano共振的等离子体超颖表面来增强红外线与电可控单层石墨烯的相互作用。实验表明，这些共振的窄光谱宽度，结合强光/石墨烯耦合，使反射率调制近一个数量级，导致调制深度高达90%。.数值模拟证明了在保持反射率几乎恒定的同时对反射光的相位进行强主动调制的可能性，从而为可调谐红外透镜和光束转向铺平了道路
2014-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Transformation Optics for Plasmonics: from Metasurfaces to Excitonic Strong Coupling
本文综述了变换光学理论在深亚波长电磁现象解析描述中的最新理论进展。首先，我们提出了一个一般性的描述的技术，连同其通常利用超材料的概念和优化在不同领域的波动物理。接下来，我们将详细讨论等离子体超颖表面的设计，包括奇异几何形状的描述，允许在MEMS平台的宽带吸收。最后，我们讨论了单发射极水平下纳米腔中等离子激元-激子强耦合的准解析处理。
2019-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Near-Field Analysis of Bright and Dark Modes on Plasmonic Metasurfaces Showing Extraordinary Suppressed Transmission
等离子体超颖表面的研究，包括一个亚波长线图案的银膜（~ 10 nm），在可见光谱范围内的特别抑制传输（EOST）的设计。用近场扫描光学显微镜（NSOM）的测量表明，远场照射产生共振激发的天线一样（明亮）的模式，是本地化的金属脊。相比之下，从NSOM尖端发射的束缚（暗）表面等离子体激元（SPP）在超颖表面上传播良好，优选地垂直于光栅线。
2014-07-18 physics.optics
Manipulating Topological Valley Modes in Plasmonic Metasurfaces
由等离子体超颖表面支持的光-物质耦合模式可以与拓扑原理相结合，产生光的亚波长拓扑谷态。我们给出了一个系统的介绍，可用于金属纳米粒子晶格的拓扑谷态：所有可能的晶格与六边形对称被认为是，以及出现在一个正方形晶格谷态。几个独特的影响，尚未被探索的等离子体激元被确定，如强大的引导，过滤和分裂模式，以及双波段效应。我们证明了这些通过散射计算的基础上的耦合偶极子方法，包括充分的电磁相互作用之间的纳米粒子。
2019-12-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Aberration-free ultra-thin flat lenses and axicons at telecom wavelengths based on plasmonic metasurfaces
光学相位不连续性的概念被应用于无像差平面透镜和轴棱锥的设计和演示，包括一个相控阵列的10个亚波长间隔的光学天线。透镜和轴棱锥由径向分布的V形纳米天线组成，这些纳米天线分别在电信波长处产生球形波前和无衍射贝塞尔光束。仿真结果表明，我们的无像差设计适用于高数值孔径透镜，如平面显微镜物镜。
2012-07-09 physics.optics
Compact broadband thermal absorbers based on plasmonic fractal metasurfaces
提出一种利用强烈局域电磁模式的紧凑型等离激元分形超表面，在6至14微米波长范围内实现高效宽带热辐射吸收，为下一代红外传感器和测辐射热计提供了新途径。
2025-06-26 physics.optics
Circular dichroism induction in WS2 by a chiral plasmonic metasurface
本文研究单层WS2与手性等离激元超表面的相互作用，利用表面等离激元极化子激发在TMD中诱导圆二色性，并发现其他导波模式，为TMD器件探索提供新途径。
2023-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Switching the Optical Chirality in Magneto-plasmonic Metasurfaces Using Applied Magnetic Fields
手性纳米光子器件在手性分子传感、偏振多样性纳米光子学和显示技术等方面具有广阔的应用前景。主动手性纳米光子器件是一种可以通过外界激励来控制光学手性的器件，引起了人们极大的研究兴趣。然而，光学手性的有效调制一直是具有挑战性的。在这里，我们展示了开关的非本征手性施加磁场的磁等离子体超颖表面设备的基础上的磁光氧化物材料，Ce 1 Y2 Fe 5 O 12（Ce：YIG）。由于Ce：YIG具有低的光损耗和强的磁光效应，在掠入射条件下，在波长为950 nm的激光器上施加-0.65° ~+1.9°范围内的磁场，实现了巨大且连续的远场圆二色性（CD）调制。远场CD调制是由于磁光圆二色性和施加的磁场对超手征场的近场调制。最后，我们在使用自组装制造的毫米级磁等离子体元表面中展示了磁场可调手征成像。我们的研究结果为实现平面集成的、大规模的、具有活性的手性超表面提供了一种新的途径。
2019-09-30 physics.optics
Optical Synthesis of Transient Chirality in Achiral Plasmonic Metasurfaces
本文提出利用热载流子非均匀时空分布重构光学几何，在非手性等离子体超表面中实现可见光波段近乎完美可逆的超快瞬态手性。
2023-06-05 physics.optics
Enhancement of third harmonic generation induced by surface lattice resonances in plasmonic metasurfaces
我们实验研究了由中心对称的金纳米棒组成的二维矩形晶格的等离子体超颖表面的三次谐波产生（THG）。通过改变入射角和晶格周期，我们展示了在所涉及的波长的表面晶格共振（SLR）是如何在确定的非线性效应的大小的主要贡献者。当我们以相同或不同的频率一起激发一个以上的SLR时，可以观察到THG的进一步提升。当这种多个共振发生时，观察到有趣的现象，例如沿超表面反向传播表面波的最大THG增强，以及模拟三阶非线性的级联效应。
2022-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Broadband Absorbers and Selective Emitters based on Plasmonic Brewster Metasurfaces
我们讨论了基于适当图案化的等离子体亚结构实现超宽带全向吸收器和角度选择性相干热发射器的可能性。而不是依赖于固有限制带宽的共振浓度效应，我们的设计基于两个固有的非共振效应的组合：等离子体布鲁斯特函数和绝热等离子体聚焦。通过这种方法，我们展示了跨越太赫兹，红外和光学频率的紧凑，宽带吸收和发射，非常适合各种能源和国防应用。
2012-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlinear Processes in Multi-Quantum-Well Plasmonic Metasurfaces:Electromagnetic Response, Saturation Effects, Limits and Potentials
非线性超颖表面的基础上耦合的局部增强的等离子体激元响应的n-掺杂的多量子阱（MQW）的子带间跃迁最近提供了二阶极化率的数量级大于任何其他非线性平面结构测量到目前为止。在这里，我们提出了一个全面的理论来描述发生在基于MQW的等离子体超颖表面的非线性过程的电磁响应，提供了一个均匀的模型，该模型考虑了单元格水平的相位匹配以及饱和和损耗的影响。此外，这些超颖表面的非线性响应上的MQW过渡的饱和所施加的限制解析推导，揭示有用的指导方针，以设计具有增强性能的设备。我们的方法首先使用实验数据进行验证，然后应用到理论上研究新的设计，能够实现显着的二次谐波产生效率在红外频段。
2015-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
A nonlinear metasurface combining telecom-range intersubband transitions in GaN/AlN quantum wells with resonant plasmonic antenna arrays
我们在超窄GAN/AlN多量子阱异质结构中实现并研究了一种利用子带间跃迁的非线性超颖表面。由于巨大的能带偏移，该结构在1.55 $μ$ m附近的电信窗口中提供谐振跃迁。这些异质结构功能化与等离子体天线阵列，其特征在于交叉极化共振在这些近红外波长和它们的第二谐波。这种非线性超颖表面允许在垂直入射下产生大量的二次谐波，这对于下面没有多量子阱结构的天线阵列是完全不存在的。虽然二次谐波最初仅辐射到量子阱的平面中，但是等离子体激元元件的适当几何布置允许将二次谐波光重定向为自由空间辐射，其垂直于表面发射。
2021-05-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhanced four-wave mixing with nonlinear plasmonic metasurfaces
等离子体超颖表面提供了一种有效的方式来提高几种非线性过程的效率，同时保持纳米尺度。在这项工作中，非线性超颖表面的基础上的薄膜耦合银纳米带加载克尔非线性材料，以实现有效的四波混频（FWM）。高度局域化的等离子体共振在金属膜和纳米条之间的纳米间隙中形成。局部电场在该亚波长纳米区域中显著增强。这些属性与由于无反射区域而导致的松弛的相位匹配条件相结合，导致巨大的四波混频效率，与裸银屏相比，该效率提高了十九个数量级。此外，有效的可见光和低太赫兹源可以构建基于所提出的非线性超表面。四波混频产生的相干波具有方向性，其输出功率对激发源的入射角相对不敏感。该辐射功率可以通过增加激励功率来进一步增强。置于纳米间隙中的介电非线性材料是产生超强四波混频响应的主要原因。基于所提出的非线性超颖表面设计，可以设想设计跨越不同频率范围的紧凑且高效的波混频器和光源。
2016-06-13 physics.optics
Second-harmonic imaging of plasmonic Pancharatnam-Berry phase metasurfaces coupled to monolayers of WS2
频率转换的非线性过程，如二次谐波产生（SHG），通常遵循一定的选择规则，这是由于保持不同种类的物理量，例如，角动量对于由单层过渡金属二硫属化物（TMDC）如WS 2产生的SHG，谷激子锁定选择规则预测了交叉偏振态的SHG信号。通过将等离子体纳米结构与TMDC单层相结合，实现了由于额外的偏振转换过程而影响该非线性过程的混合超颖表面。在这里，我们观察到，等离子体超颖表面修改与TMDC的光-物质相互作用，导致相对于入射场共偏振的SHG信号，这通常是禁止的TMDC单层。我们通过将等离子体纳米棒放置在单层WS 2的顶部来制造这样的混合超颖表面，并研究了这种系统在不同参数（例如波长和偏振）下的谷激子锁定SHG发射。此外，我们显示了潜在的混合元表面定制的非线性过程中添加额外的相位信息的SHG信号使用Pancharatnam-Berry相位效应。这允许将SHG发射直接定制到远场。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plug-Play Plasmonic Metafibers for Ultrafast Fiber Lasers
通过在光纤尖端集成超表面，超光纤将传统光纤的功能扩展到前所未有的纳米级光操纵，成为纳米科学和纤维光学社区的新兴光耦合平台。目前的元光纤主要是探索孤立的裸光纤，由于缺乏与通用光纤网络的标准接口，因此仍然是概念验证。在这里，我们开发了新的方法来制造定义良好的等离子体超颖表面直接在商业单模光纤跳线使用标准的平面技术的端面上，并提供了第一个演示其实际应用中的非线性光学制度。具有即插即用连接光纤电路和任意超表面景观，与可调谐等离子体共振的超光纤实现到光纤激光器腔，产生全光纤亚皮秒（最小513 fs）孤子锁模激光器在1.5微米和2微米的光波长，展示其不寻常的偏振非线性传递函数和优越的饱和吸收响应。等离子体超颖表面的饱和吸收背后的物理机制提供了新的见解。纳米纤维工艺流程与现有的洁净室技术兼容，为超纤维成为功能化纤维组分的常规成员提供了途径。这项工作为下一代超快光纤激光器、光学频率梳、光学神经网络和用于传感、成像、通信等的超紧凑“全光纤”光学系统铺平了道路。
2022-09-28 physics.app-ph physics.optics
