Broadband three-mode converter and multiplexer based on cascaded symmetric Y-junctions and subwavelength engineered MMI and phase shifters
本文提出一种基于多模干涉耦合器、无源移相器和级联对称Y结的三模架构，利用亚波长光栅超材料克服带宽限制，实现了161 nm带宽且低损耗低串扰的片上模式转换与复用。
2023-01-27 physics.optics
Observing two-photon subwavelength interference of broadband chaotic light in polarization-selective Michelson interferometer
与传统的实现亚波长干涉的方法不同，我们首次在偏振选择迈克耳孙干涉仪中利用超快双光子吸收探测器实现了宽带混沌光的双光子亚波长干涉效应，该效应是通过控制干涉中的双光子几率幅实现的。在理论上，结合双光子偏振相干矩阵和概率幅度矩阵，推导出偏振双光子干涉项，较好地解释了实验结果。为了更好地利用这种干涉仪产生亚波长效应，我们还进行了一系列的误差分析，找出了可见度与偏振度误差之间的关系。我们的实验和理论研究结果有助于理解亚波长双光子干涉现象，对发展基于量子力学的矢量光场双光子干涉理论具有重要意义。这些实验结果可能有助于发展未来的光学干涉，光学偏振测量，亚波长光刻。
2021-08-06 physics.optics quant-ph
Broadband Simultaneous Beam Steering and Compressing Device Based on Subwavelength Protrusion Metallic Tunnels
本文提出一种基于子波长突起金属隧道的宽频波束成形与压缩装置，通过数值模拟和实验验证，实现40°波束成形角和0.4压缩比，适用于6G通信等先进系统。
2025-09-05 physics.optics
Enhanced absorption per unit mass for infrared arrays using subwavelength metal-dielectric structures
红外阵列的吸收质量比增强到约1.33至7.33倍，大于先前报道的结构，通过合并两个设计特征：第一，在像素周围的空气间隙中的倏逝场的耦合，以有效地创建更大的像素尺寸，以及，第二，使用导模共振（GMR）内的亚波长金属-介电光栅。Ti-Si_3 N_4双层光栅通过薄Ti膜对自由载流子的吸收和厚Si_3 N_4膜对振动声子的吸收的综合作用实现了宽带长波红外（LWIR，8 ~ 12 μ m）吸收。在存在GMR的情况下，即使使用低填充因子的亚波长光栅单元，这种宽带吸收也可以极大地增强。此外，可以修改单元的间隔和设计以形成像素阵列结构，该像素阵列结构经由倏逝场耦合来耦合落入气隙中的光。使用时域有限差分（FDTD）技术进行计算。观察到优化阵列的优异宽带吸收，在整个长波红外线上产生90%的最大吸收，并且每像素的每单位质量平均吸收（吸收/质量）为3.45 $\times$ 10^{13} kg^{-1}。
2020-09-14 physics.optics
Ultra-broadband nanophotonic phase shifter based on subwavelength metamaterial waveguides
光学移相器广泛应用于集成光学中，不仅用于电信和电信应用，而且用于传感器和量子计算。虽然已经展示了各种有源解决方案，但仍然缺乏无源移相器的进展。在这里，我们提出了一种新型的超宽带90°移相器，它利用了亚波长超材料波导的各向异性和色散工程。我们的Floquet-Bloch计算预测，在从1.35 $μ$ m到1.75 $μ$ m的前所未有的操作范围内，即覆盖E、S、C、L和U电信频带的400 nm带宽，相移误差低于$\pm$ 1.7°。即使在$\pm$ 20 nm的制造误差存在下，我们的移相器的平坦光谱响应也能保持，表现出比传统结构更大的鲁棒性。我们的设备进行了实验证明，使用标准的220 nm厚的SOI晶片，显示了四倍减少的相位变化相比，传统的移相器在145 nm的波长范围内，我们的测量设置。该亚波长工程移相器为新型超宽带光子集成电路的研制奠定了基础。
2019-07-18 physics.app-ph physics.optics
Complete amplitude and phase control of light using broadband holographic metasurface
利用光的振幅和相位信息重建光的轮廓，称为全息术，是一种有吸引力的显示三维图像的光学技术。由于理想全息图的基本要求，振幅和相位的亚波长控制是至关重要的。然而，传统的全息装置受到其在可见光的振幅和相位两者中的不完全调制的有限能力的影响。在这里，我们提出了一种新的超颖表面，能够完全控制的幅度和相位分布的可见光独立的亚波长空间分辨率。基于潘查拉特南-贝瑞相的扩展概念，使用X形亚原子实现了幅度和相位的同时、连续和宽带控制。首次实现了具有亚波长分辨率的完整复振幅全息图的实验演示，并与传统的纯相位全息图相比，显示出显著的信噪比。我们的超颖表面具有多方面的优势，具有非凡的控制能力，为理想的全息术铺平了道路，这有望成为光学全息术和超颖表面领域的重大进步。
2017-06-29 physics.optics
Narrow-linewidth Fano microcavities with resonant subwavelength grating mirror
本研究通过理论与实验探究由宽带高反射镜和带高品质因子Fano共振的悬浮一维光栅镜构成的平面-平面微腔，验证了短腔长下其线宽低于同参数传统腔的特性，为光力学与传感应用提供了新方案。
2024-02-08 physics.optics
Omnidirectional and broadband absorption enhancement from trapezoidal Mie resonators in semiconductor metasurfaces
由于薄膜板中可用的光学模式数量很少，平面超薄膜太阳能电池中的光捕获受到限制。纳米结构薄膜设计可以通过在亚波长体积中提供局部态密度的宽带增加并保持光的有效耦合来超过该限制。在这里，我们报告了一个宽带超颖表面设计，使有效的和宽带的吸收增强通过直接耦合的入射光的谐振模式的亚波长级米氏纳米谐振器中定义的薄膜有源层。吸收的理论和实验研究在原型组成的光刻图案，二维周期性阵列的硅纳米谐振器在二氧化硅基板上。矩形截面的交叉梯形谐振器形状用于激发跨越可见光谱和近红外光谱的宽带米氏谐振。我们的数值模拟，光学吸收测量和光电流光谱响应测量表明，交叉梯形米氏谐振结构，使角度不敏感，宽带吸收。在210 nm厚的图案化Si膜中实现了12.0 mA/cm 2的短路电流密度，与相同厚度的平面膜相比增加了4倍。有人建议，与米氏谐振器阵列的硅超颖表面可以提供有用的见解，以指导未来的超薄薄膜太阳能电池的设计，将纳米结构的薄有源层。
2015-12-15 physics.optics
Generation and subwavelength focusing of longitudinal magnetic fields in a metallized fiber tip
我们通过实验和数值计算证明，在NSOM中使用的光纤尖端中，方位极化电场（|E $_{\text{azi}}$| $^2$ /|E $_{\text{tot}}$|对于1.4μm针尖孔径直径和λ $\pm $ = 1550 nm，分别产生亚波长限制（FWHM $\approx$ 450 nm $\approx$ λ $_0$ /3.5）磁场。我们属性的金属涂层的光纤尖端中的对称性破缺的弯曲和随后的等离子体激元模式过滤在截头圆锥锥中的这种场分布的产生。
2014-05-31 physics.optics
Designing a broadband and linear polarization metasurface carpet cloak in the visible
在过去的几年里，地毯隐身由于其在光频上的可行性和在隐身技术上的潜力而引起了人们的兴趣。由于超表面能够在亚波长尺度上操纵波阵面、偏振和相位，因此已被提议作为一种设计超薄地毯遮盖表面的方法。然而，实现具有显著带宽的宽带地毯隐身是超表面设计的关键挑战之一。迄今为止，基于超表面的宽带地毯式隐身尚未实现，并且隐身仅限于离散波长。在这里，我们提出并数值演示了一种新的超颖表面设计的宽带地毯隐身与线偏振在可见光波长从650 nm到800 nm。我们提出的方法是一个很有前途的宽带结构化接口的方法。
2019-04-11 physics.optics
Deep-Subwavelength and Broadband Quarter-Wave Retardation in Ultrathin Hyperbolic MoOCl2
XPANCEO；University of Rome Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；University of Chemistry and Technology Prague（布拉格化工大学）；National Graphene Institute (NGI), University of Manchester（曼彻斯特大学石墨烯国家研究所）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
本文通过超薄双曲 MoOCl2 材料实现了亚波长和宽频带的四分之一波 retardation，突破了传统光学材料和人工纳米结构的厚度和带宽限制。
2026-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Broadband mode exchanger based on subwavelength Y-junctions
本文提出一种基于亚波长光栅超材料和对称Y结的紧凑型宽带模式交换器，通过色散工程在1420-1620 nm范围内实现低损耗和低串扰的模式交换。
2024-08-07 physics.app-ph physics.optics
Bode-Fano Limits to Broadband Absorption by Small Particles
Università degli Studi di Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；City University of New York（纽约市立大学）
通过将电磁散射等效为阻抗匹配问题，推导了亚波长无源粒子吸收带宽的基本极限，为宽带光收集和耗散提供了理论界限。
2026-06-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Capturing Broadband Light in a Compact Bound State in the Continuum
在开放腔中捕获和存储任意时间长度的光是纳米光子学的主要目标，其潜在应用范围从能量收集到光学信息处理。然而，不幸的是，由于辐射损耗，即使在材料吸收消失的极限下，传统开放式谐振器的谐振寿命仍然有限。在这种情况下，束缚态的连续（BiCs）提供了一种独特的方式来实现无限的共振寿命，尽管存在兼容的辐射通道。然而，诸如互易性、线性度和延迟带宽限制等物理约束阻止了从外部激发这种理想束缚态并使它们与宽带源相互作用的可能性。在这里，我们克服了这些限制，并从理论上证明，亚波长开放式谐振器进行适当的时间调制可以有效地捕获宽带入射波到结构的非辐射本征模，导致第一个例子的BiC是访问宽带光。我们的研究结果揭示了连续体中束缚态的动态能力，并扩展了它们的范围和对不同应用的潜在影响。
2020-06-05 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
Dispersion Engineered Metastructures Enabling Broadband Angular Selectivity
Thomas J. Watson Laboratories of Applied Physics, California Institute of Technology（加州理工学院托马斯·J·沃森应用物理实验室）；Department of Electrical and Computer Engineering, Yale University（耶鲁大学电气与计算机工程系）；Energy Sciences Institute, Yale University（耶鲁大学能源科学研究所）；Department of Applied Physics, Yale University（耶鲁大学应用物理系）
本文提出一种结合 dispersion 工程和拓扑优化的方法，设计出具有约20%相对带宽的各向同性角选择性二维超结构，实现了在光学薄结构中宽频带角选择性散射。
2026-04-03 physics.optics
High-efficiency broad-bandwidth sub-wavelength grating based fibre-chip coupler in SOI
本文对均匀基和非均匀基亚波长光栅耦合器的性能进行了全面的研究。给出了耦合效率和带宽增强这两个性能指标以及权衡。我们还提出，设计参数，以实现高效率和宽带操作的基础上，在光栅中的各种损耗机制的详细研究。在详细分析的基础上，设计了1dB带宽为50 nm时效率高达84%，1dB带宽为44 nm时效率高达98%的亚波长光栅耦合器。
2017-09-17 physics.app-ph physics.optics
Coupling between subwavelength nano-slits lattice modes and metal-insulator-graphene cavity modes: A semi-analytical model
本文针对沉积在绝缘体/石墨烯层上的一维周期性亚波长狭缝阵列混合系统，提出一种基于弱耦合与强耦合相互作用的半解析模型，用以高效解释和获取其完整光谱响应。
2019-02-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Broadband Low-Frequency Near-Perfect Sound Absorber via Coupled Metasurfaces
通过耦合超材料设计宽带低频近完美声吸收器，利用双谐振器结构实现高效宽带吸收，无需复杂多谐振器组装。
2025-11-27 physics.app-ph physics.optics
Multiple Tunable Hyperbolic Resonances in Broadband Infrared Carbon-Nanotube Metamaterials
利用真空过滤法制备的定向排列、密集堆积的碳纳米管超材料是一种新兴的红外纳米光子材料。我们报告多个双曲等离子体共振，一起跨越中红外线，在个别共振器由对齐和密集包装的碳纳米管。在第一近场扫描光学显微镜（NSOM）成像研究的纳米管超材料谐振器，我们观察到不同的深亚波长场分布在基本和高阶谐振频率。纳米管超材料的晶圆级面积使我们能够将这种近场成像与许多谐振器阵列的缩放特性的系统远场光谱研究相结合。彻底的理论建模与这些测量结果一致，并将谐振识别为双曲波导模式的高阶Fabry-Pérot（FP）谐振。纳米管谐振器阵列在1.5-10 μm范围内表现出宽带消光，在3-5 μm的大气透明窗口内表现出可逆的可切换消光。支持多谐振模式的宽带碳纳米管超材料是超紧凑吸收体、可调谐热发射器和中红外宽带传感器的有希望的候选者。
2020-07-04 physics.app-ph physics.optics
Multiresonant metasurfaces for arbitrarily-broadband pulse chirping and dispersion compensation
提出一种多谐振超薄超表面，通过非均匀谐振序列同时实现任意宽带和强色散补偿及脉冲啁啾操控，克服了传统方法体积大和单谐振窄带的局限，为光学与通信系统提供通用时空控制平台。
2023-03-30 physics.optics
Hyperuniform disordered photonic crystal polarizers
提出了一种超宽带横磁（TM）通超均匀无序光子晶体（HUDPC）偏振器，并在绝缘体上硅平台上实现。横电模式的传播被三种组合效应阻挡，包括光子带隙（PBG）效应、扩散（非共振）散射和带边共振。特别是，设计的30 dB带宽的偏振消光比（PER）的265 nm的远大于PBG的光谱宽度（149 nm），由于使用的带边共振。TM模式处于HUDPC的亚波长范围内，因此具有低插入损耗（IL）。实验证明，在210 nm（1.44-1.65 μ m）的PER的超宽30 dB的带宽在12.9 μ m长的HUDPC偏振器与光谱平均PER为39.6 dB和IL为1.1 dB的TM模式（IL = 0.6 dB在1.55 μ m）。HUDPC偏振器可以是硅光子平台中的超宽带偏振滤波的优秀候选者。
2019-08-11 physics.optics
Broadband energy squeezing and tunneling based on unidirectional modes
能量压缩因其在电磁能量收集和光通信中的潜在应用而受到广泛关注。然而，由于法布里-珀罗共振的存在，只能对离散频率的电磁波进行压缩，而且以往的能量压缩器件对材料或几何形状都有严格的要求。我们注意到，在一些作品中报道的填充有ε近零（ENZ）介质的结构可以挤压和隧穿频率（例如等离子体频率）的电磁波。然而，群速度通常接近于零，这意味着很少的EM信息穿过结构。本文研究了微波波段YIG基单向波导中基于单向模的低损耗能量压缩和隧穿效应。根据我们的理论分析和模拟使用有限元方法，实现了宽带EST和EM EST观察，即使是极端弯曲的结构。此外，在一个实际的三维剩磁单向波导中也实现了类似的电磁EST。基于单向模的EST为超亚波长电磁聚焦、增强型非线性光学以及相位调制器等集成光路中的众多功能器件的设计铺平了道路。
2021-07-14 physics.app-ph physics.optics
Discrete Huygens' Metasurface: Realizing Anomalous Reflection and Diffraction Mode Circulation with a Robust, Broadband and Simple Design
由亚波长单元组成的超颖表面通常需要大量的单元，这导致了复杂的设计和优化。元表面中的积极离散化可以显著减少一段时间内的单位单元的数量，从而导致对相位和/或表面阻抗覆盖的较低要求。此外，放大的单位单元在组合在一起时将遇到可忽略的相互耦合，因此使超表面设计的过程变得简单。这些优点结合起来允许设计一类新颖的超表面，其支持电磁（EM）波在宽带宽和操作角上的高效重定向。此外，积极离散化的超表面可以实现诸如衍射模式循环的功能，这些功能在其连续对应物中是不受支持的。本文提出了一种简单的透射超颖表面，它可以通过将入射角为-45，0，45 °的平面波分别折射成折射角为0，45，-45 °的平面波来实现衍射模循环。在28 GHz的设计频率下，每种反常折射的功率效率均大于80%，3 dB功率效率带宽为11%。制作了超颖表面并进行了测量，实验结果与模拟结果吻合较好。
2022-01-12 physics.app-ph physics.optics
Broadband Achromatic Metalens for the Short-Wave Infrared
School of Physics and Astronomy, University of Glasgow（格拉斯哥大学物理与天文学学院）
本文提出一种基于CaF₂基板的金属透镜，通过硅棒结构纳米单元实现宽频带色散补偿和相位调制，有效抑制色差，适用于紧凑型短波红外光学系统。
2026-04-17 physics.optics
Terahertz Spectrometer of Wavelength Dimensions Based on Extraordinary Transmission
亚波长开槽平行板波导在略低于横向电截止的频率下表现出与狭缝相结合的局域电磁谐振[R。Merlin，Phys.Rev.X2，031015（2012）]。共振是长寿命的，并且与单个亚波长孔径所示的极小透射相反，它为完美导电板提供了完美的透射。我们表明，孔径支持的共振的一对开槽铜板有很长的寿命在太赫兹频率。有限元方法计算表明，这些束缚共振可以具有大于100的品质因数。板的长度和不完美的平行排列的影响进行了讨论。使用太赫兹时域光谱，我们测量了几个板分离的测试结构的宽带脉冲的传输。这些结果表明，开槽波导可以用作高度紧凑的太赫兹光谱仪。
2016-11-21 physics.optics
High-efficiency broadband active metasurfaces via reversible metal electrodeposition
Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Department of Electrical and Computer Engineering, Northwestern University（西北大学电气与计算机工程系）；Thomas Lord Department of Mechanical Engineering and Materials Science, Duke University（杜克大学托马斯·洛德机械工程和材料科学系）
通过可逆金属电沉积技术实现高效宽带主动超材料，用于动态光束控制与高效率光热设备开发。
2025-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Plasmon hybridization in pyramidal metamaterials: a route towards ultra-broadband absorption
金字塔形超材料是目前发展的超宽带吸收体。它们由交替的金属/电介质层的周期性阵列组成，形成基于截顶正方形的金字塔。长度增加的金属层起到垂直耦合等离子体共振器的作用，并且在较小程度上起到横向耦合等离子体共振器的作用。基于详细的数值模拟，我们证明了等离子体激元杂交这种谐振器有助于实现超宽带吸收。个别谐振器的偶极模式示出是突出的电磁耦合机制。相邻金字塔之间的横向耦合和交替层之间的垂直耦合被证明是用于调谐等离子体激元杂交的关键参数。在优化之后，Au/Ge金字塔的操作带宽（即，吸收高于90%的带宽）在0.2-5.8微米波长范围上延伸，即，从UV可见光到中红外，并且总吸收（在操作带宽上积分）总计为98.0%。验证了该器件的全方向性和偏振无关的高吸收特性。此外，我们还表明，介电层材料（Si与Ge）的选择对于实现超宽带特性并不重要，这为设计和制造提供了多功能性。简要讨论了现实的制造场景。这种等离子体杂交路线可能有助于开发光热设备，热发射器或屏蔽设备，从近红外探测器隐藏物体。
2014-04-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultra-compact graphene plasmonic photodetector with the bandwidth over 110GHz
石墨烯基光电探测器利用石墨烯的高载流子迁移率和宽带吸收，近年来发展迅速。然而，它们在响应度和带宽方面的性能仍然受到弱的光-石墨烯相互作用或大的阻容积的限制。在这里，我们展示了一个波导耦合集成石墨烯等离子体光电探测器上的绝缘体上硅平台。利用等离子体增强的石墨烯-光相互作用和光能的亚波长限制，我们提出了一种小尺寸的石墨烯-等离子体光电探测器，其带宽超过110 GHz，固有响应率为360 mA/W。由于石墨烯独特的电子能带结构及其超宽带吸收，可以预期工作波长范围超过中红外，并可能更远。我们的研究结果表明，石墨烯与等离子体激元器件的结合具有很大的潜力，实现超紧凑和高速光电子器件的石墨烯基光互连。
2018-12-07 physics.app-ph physics.optics
The Truncated Metallo-dielectric Omnidirectional Reflector: Collecting Single Photons in the Fundamental Gaussian Mode with 95% Efficiency
我们提出了一种新颖的天线结构，它以前所未有的效率将来自单个发射器的单个光子漏斗到低发散的基本高斯模式中。我们的器件依赖于创造一个全向光子带隙的概念，以抑制不必要的大角度发射，并提高小角度缺陷导模发射。新的光子收集策略直观地说明，严格验证和优化，通过实施一个有效的体的旋转有限差分时域方法的面内偶极子发射器。我们研究了一些天线设计，以涵盖各种边界条件所造成的制造工艺或材料的限制，并从理论上证明，收集效率到基本高斯模式超过95%是可以实现的。我们的天线是宽带的，对制造缺陷不敏感，并与各种固态发射器兼容，如有机分子，量子点和金刚石缺陷中心。来自单个发射器的单向和低发散高斯模式发射可以实现各种光子量子计算机架构以及高效的光-物质界面。
2020-08-05 physics.optics quant-ph
Continuous-wave, high-resolution, ultra-broadband mid-infrared nonlinear spectroscopy with tunable plasmonic nanocavities
Institute of Physics, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所）；State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University（华东师范大学精密光谱科学国家重点实验室）
利用可调等离子体纳米腔实现中红外连续波超宽带非线性光谱学，提供高分辨率的vSFG、vDFG和四波混频光谱，用于高灵敏度分子检测。
2026-01-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Superradiant Broadband Magneto-electric Arrays Empowered by Meta-learning
本研究利用遗传算法设计超辐射宽带磁电阵列，突破传统散射截面界限，实现超过40%分数带宽的高效后向散射，展示了超越现有电磁理论极限的能力。
2023-10-17 physics.app-ph physics.optics
Non-Hermitian Fabry-Pérot Resonances
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；University of Oslo（奥斯陆大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；Zhejiang University（浙江大学）
该研究通过传播矩阵方法分析非厄米特法布里-珀罗共振，揭示了例外点退化和皮肤效应在谐振模式中的均匀作用及其宽带边缘局域化特性。
2026-02-12 math-ph math.AP math.MP
Broadband High-Temperature Multilayer Pyramid-Shaped Metamaterial Thermal Absorber for Thermophotovoltaic applications
针对热光伏系统对宽带热稳定吸收器的需求，提出偏振无关截断金字塔形MIMI结构超材料吸收器，设计六种结构并优化，W/AlN结构表现出优异的宽带吸收、角度稳定性及热稳定性，为TPV应用提供支撑。
2025-09-23 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
