Broadband generation of quasi bound-state-in-continuum modes using subwavelength truncated cone resonators
由于亚波长介质谐振器具有高的品质因数（Q-factor），连续介质准束缚态（Q-BIC）引起了人们的极大兴趣。然而，Q-BIC谐振条件对谐振器的几何形状太敏感，并且其在单晶片平台上的实际宽带产生受到限制。在这里，我们提出，采用底角作为结构自由度，截断纳米锥谐振器支持Q-BIC谐振，在>100 nm的宽波长范围内具有>150的高Q因子。我们希望我们的方法将提高利用Q-BIC谐振的各种应用需要宽带光谱调谐。
2023-03-06 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
Far-field subwavelength imaging from a single broadband antenna in combined with strongly disordered medium
远场亚波长成像是一个具有挑战性的课题。在这封信中，我们证明了通过处理由单个天线获得的数据，这得益于使用强无序介质的弱散射目标的远场亚波长成像。基于稀疏重构的思想，提出了一种求解该问题的数学模型。此外，这项研究得出了一个重要的结论，即强无序介质可以作为一个有效的装置，用于单天线压缩测量，这将设计压缩传感（CS）硬件的复杂性从设计，制造和电子控制。所提出的方法和相关的结果可以在几个成像学科，如光学，太赫兹，射频或超声成像中找到应用。
2014-01-16 physics.optics
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
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 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
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
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
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
Ultra-compact broadband spot size converter using metamaterial cell-based inverse design
本文提出一种结合逆向设计与亚波长超材料单元拓扑的设计方法，显著减小参数空间，并实验展示了一款长度仅7微米、扩展比24倍、带宽160纳米、插入损耗0.8分贝的超紧凑光斑尺寸转换器，大幅超越现有技术。
2025-06-23 physics.app-ph 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
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
Efficient, designable, and broad-bandwidth optical extinction via aspect-ratio-tailored silver nanodisks
从单个原子到金属纳米颗粒的亚波长谐振器通常表现出对光激发的窄带宽响应。我们通过计算设计和实验合成定制的银纳米盘分布，以在宽的和不同的频率窗口内熄灭光。我们表明，金属纳米盘是两个到十倍更有效地吸收和散射光比普通结构，可以接近基本限制宽带散射亚波长粒子。我们测量每体积的宽带消光系数，在三个代表性的可见光范围波长窗口内接近理论预测，证实了纳米盘的高效率，并展示了开发新光子技术的计算设计和实验精度的集体力量。
2016-07-05 physics.optics
Ultra-Broadband Acoustic Metasurface for Manipulating the Reflected Waves
我们已经设计并实验实现了一个超宽带声学元表面（UBAM）能够超越现有的设计的光学/声学元表面的带宽的固有限制。数值计算和实验结果都表明，由亚波长光栅构成的UBAM可以在大于2倍频程的带宽内对反射相位波前进行操纵。一个简单的物理模型的基础上的相控阵理论的发展，解释这一非凡的现象，以及获得更深入的了解我们的设计的基础物理。我们期望UBAM为宽带声学器件的设计和应用开辟新的途径。
2014-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Efficient, designable, and broad-bandwidth optical extinction via aspect-ratio-tailored silver nanodisks
从单个原子到金属纳米颗粒的亚波长谐振器通常表现出对光激发的窄带宽响应。我们通过计算设计和实验合成定制的银纳米盘分布，以在宽的和不同的频率窗口内熄灭光。我们表明，金属纳米盘是两个到十倍更有效地吸收和散射光比普通结构，可以接近基本限制宽带散射亚波长粒子。我们测量每体积的宽带消光系数，在三个代表性的可见光范围波长窗口内接近理论预测，证实了纳米盘的高效率，并展示了开发新光子技术的计算设计和实验精度的集体力量。
2016-06-21 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
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
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
Dual-polarization huge photonic spin Hall shift and deep-subwavelength sensing based on topological singularities in one-dimensional photonic crystals
本文揭示一维光子晶体深亚波长区域中有效介质理论因拓扑奇点而失效，发现拓扑奇点附近可实现s/p双偏振巨光子自旋霍尔位移，并据此提出深亚波长双偏振传感及多通道宽带自旋光学器件设计方法。
2024-02-20 physics.optics
Suspended core subwavelength fibers: practical designs for the low-loss terahertz guidance
在这项工作中，我们报告了两个设计的亚波长光纤封装的实际太赫兹波波导。我们描述的制造，建模和表征的微结构聚合物光纤具有一个亚波长大小的核心悬浮在一个大的多孔外包层的中间。这种设计允许方便地处理亚波长光纤，而不会扭曲它们的模式分布。此外，气密多孔包层用作纤芯的天然外壳，从而避免了对用于湿气净化气氛的庞大外部外壳的需要。采用钻孔和堆积相结合的方法，获得了外径分别为5 mm和3 mm的150 μm和900 μm的悬浮固体芯和悬浮多孔芯光纤。使用太赫兹近场显微镜设置的光纤光学特性和近场成像的导模进行表征。在光纤输出端的模式分布的近场成像证实了这种波导的有效单模行为。悬芯光纤表现出从0.10 THz到0.27 THz（较大芯）和从0.25 THz到0.51 THz（较小芯）的宽带传输。由于在多孔包层中引导的大部分功率，证明了低至0.02 cm-1的光纤传播损耗。低损耗制导与隔离于环境扰动的纤芯相结合，使这些全介质光纤适用于实际的太赫兹成像和传感应用。
2011-02-22 physics.optics
Broadband Low-loss Unidirectional Reflection On-chip with Asymmetric Dielectric Metasurface
本文提出一种沿传播方向锥形化并采用双翻转结构的非对称介质超表面，在多模波导中于200 nm带宽内实现低损耗前向传输、>80%模式转换和90%背向反射抑制。
2025-06-07 physics.optics
Broadband silicon photonic phase shifters driven by gradient optical forces
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
研究基于梯度光学力的宽带全光硅基光子移相器，利用狭缝模式波导与亚波长光栅实现，通过泵浦光束共传播实现全光相位偏移，低功率且与低温量子平台兼容，避免电连接与吸收损耗。
2026-07-10 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
Realization of advanced passive silicon photonic devices with subwavelength-grating structures developed by efficient inverse design
实现超小型无源硅光子器件对于未来大规模光子集成系统的发展具有重要意义。虽然一些紧凑的硅光子器件已经被证明是通过使用反向设计，器件性能仍然不足以用于实际应用。在这里，我们提出并实现了几个代表性的超紧凑先进的无源硅光子器件与体面的性能，通过引入亚波长光栅（SWG）结构，我们的高效逆向设计方法开发。这些器件的设计是通过优化操纵多模激励和多模干涉在一个区域内定义的SWG结构。这些具有良好的特征尺寸均匀性的SWG结构比以前反向设计的光子器件中使用的那些随机纳米结构更易于制造。我们的逆设计方法的高效率是由于一种新的搜索空间维控制策略和有效的面向问题的电磁场求解器可用于SWG结构。具体地说，我们给出了6通道模（解）复用器、宽带90°混合器和两通道平顶波长解复用器的实现，这些都是以前报道的逆向设计方法难以实现的。这些设备表现出超紧凑的足迹，以及体面的性能相比，由经典理论开发的同行。
2022-12-02 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
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
Inverse design of lightweight broadband reflector for efficient lightsail propulsion
光可以对物体施加力，有望推动米级光帆接近光速。解决这一雄心中许多挑战的关键在于光帆的纳米结构化，以调整其光学散射特性。在这封信中，我们提出了第一个详尽的研究光子设计的光帆应用大规模的优化技术，以一个通用的几何结构的基础上堆叠的光子晶体层。优化是通过严格的耦合波分析修正伴随变量梯度评估的自动微分方法。采用这些方法的光帆，涉及高宽带反射率和质量减少之间的权衡的推进效率进行了优化。令人惊讶的是，无论材料选择如何，最佳结构都是简单的一维亚波长光栅，与先前的研究相比，加速距离性能提高了近50%。我们的框架可以扩展到解决其他光帆的挑战，如热管理和推进稳定性，以及集成光子学的应用，如紧凑的镜子。
2020-05-11 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
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
Efficient parametric frequency conversions in lithium niobate nanophotonic chips
芯片集成非线性光子学是先进光学信息处理的关键，具有优异的性能和新颖的功能。在这里，我们提出了一个最佳模式匹配，周期性极化的锂晶体管的有效的参数频率转换芯片上的aveguide。使用一个4毫米的亚波长模式限制的aveguide，我们证明了二次谐波产生的效率超过$2200\%~W^{-1}cm^{-2}$，和宽带差频产生类似的效率超过4.5太赫兹的光谱跨度。这些使我们能够通过自发参数下转换在多个频率通道上产生相关光子对，所有这些光子都处于其基本空间模式，巧合与偶然的比率高达600。本芯片器件的高效率和密集可集成性可能为经典和量子领域的可扩展非线性应用铺平了可行的道路。
2019-03-20 physics.optics quant-ph
Miniaturized Computational Dispersion-Engineered Silicon Photonic Vernier Caliper Spectrometer
本文提出一种色散工程硅光子游标卡尺光谱仪，通过周期性抑制正交测量和无分解矩阵计算，在极小尺寸下实现高分辨率与宽带宽，并精确测量氰化氢分子吸收光谱。
2025-09-20 physics.optics
