Hybrid Metasurfaces for Simultaneous Focusing and Filtering
这项工作提出了简单的，聚合物，基于结构的光学滤波器，同时聚焦光的设计和制造。这些滤波器代表了衍射光学器件和超表面之间的边界处的新颖设计，其可以为数字和高光谱成像提供显著的优点。所提出的过滤器的制造过程类似于3D打印，并且基于使用双光子光刻的聚合物材料的直接激光写入。此外，印刷结构可用于创建用于纳米压印复制和大规模生产的模具。利用时域有限差分法（FDTD）模拟设计了可见光和近红外波段的滤波器。
2020-09-20 physics.optics
A thin anisotropic metasurface for simultaneous light focusing and polarization manipulation
集成两种重要类别的光学元件的可能性，即，圆偏振器和透镜，到一个薄的等离子体超颖表面进行检查。在探索了一般理论公式后，在金属损耗不能忽略的情况下，给出了实现中红外波段偏振透镜的优化设计。具有偏振相关和空间变化相位响应的Y形纳米天线的二维阵列是这种独特的紧凑型偏振透镜的基础，其性质可以在集成光学中具有很高的影响。
2014-06-03 physics.optics
All-dielectric metasurface cylindrical lens
已经提出了常规的光学部件来实现具有均匀强度分布的高质量线聚焦，诸如柱面透镜、分段楔形阵列或棱镜和球面镜的组合。然而，诸如常规透镜的制造公差或对透镜的精确对准的需要的许多因素引起影响光学系统的性能的波前像差。常规光学部件的这些前述限制影响强度分布的均匀性。在这里，我们数值和实验证明了一个可集成的平面全介质圆柱透镜均匀线聚焦。该透镜的NA为0.247，在800 nm处测得的均匀性为0.92%。
2018-04-06 physics.optics
Reconfiguring structured light beams using nonlinear metasurfaces
超紧凑、低损耗、快速和可重新配置的光学元件，能够通过光来操纵光，可以为在纳米尺度上控制光打开许多机会。纳米结构的全电介质超颖表面已经被证明能够在线性光学范围内广泛地控制光的振幅和相位。除其他功能外，它们还提供了独特的机会来塑造光的波前，以将轨道角动量（OAM）引入光束。这种结构光束为从光谱学和微操作到经典和量子光通信的应用带来了新的自由度。迄今为止，全电介质超颖表面的光学性质的可重构性或调谐已经使用相变或非线性光学材料以机械、热、电或光学方式实现。然而，大多数已证明的调谐方法要么慢，要么需要高的光功率。三硫化二砷（As $_2$ S $_3$）硫族化物玻璃提供超快和大的$χ^{(3)}$非线性以及在近和中波红外光谱范围内的低双光子吸收系数，可以为实现快速和相对低强度的可重构超表面提供新的平台。在这里，我们设计和实验证明了一个作为$_2$ S $_3$硫族化物玻璃基超颖表面，使重塑的常规厄米高斯光束，没有OAM到OAM光束在低强度水平，同时保持原始光束的振幅和相位特性在高强度水平。拟议的元表面可以在新一代光通信系统和光信号处理中找到应用。
2018-05-18 physics.optics
Real time phase imaging with an asymmetric transfer function metasurface
将光波场中的相位变化转换为强度信息对于包括生物细胞显微术在内的光学成像技术具有根本重要性。虽然相位成像的传统方法通常依赖于庞大的光学组件或计算后处理，但元光学器件最近已经展示了全光学、超紧凑的图像处理方法。在这里，我们描述了一种利用光子自旋轨道耦合来创建用于实时相位成像的非对称光学传递函数的超颖表面。实验证明了通过该设备的传输的不对称性的效果与生成的高对比度的伪3D强度图像的相位变化在光波场，而不需要后处理。这种非干涉方法在生物活细胞成像和实时波前传感方面具有潜在的应用。
2021-11-09 physics.optics
Simultaneous Control of the Spatial and Temporal Spectra of Light with Space-Time Varying Metasurfaces
本文提出了时空变（STV）超表面，同时控制空间和时间频谱的电磁波。这些超表面将入射电磁波转换为具有任意时间和空间频率的指定反射和透射波。它们是在时域广义片跃迁条件（GSTC）方面合成的。此外，他们的特点是使用的分析方法和非交错时域有限差分（FDTD）技术，适用于空间-时间元表面。STV超颖表面执行脉冲整形，时间反转和分化的例子。
2019-03-31 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical Self-Stability of Freestanding Photonic Metasurfaces
我们开发了一个分析框架，用于在三维空间中对独立超颖表面进行自稳定光学操作。我们的框架表明，具有挑战性的问题，稳定在三维的平移和旋转扰动减少到一个更简单的散射分析的超表面单元格在两个维度。我们推导出适用于任意三维径向超颖表面和径向光束强度分布的通用解析刚度系数。我们的框架的分析性质有利于高效地发现最佳的光学机械元表面。这种用于机械稳定的超颖表面的使用使得能够在准直但未聚焦的光束中进行宏观尺度和长距离控制，并且可以开辟超越传统光学镊子和传输的操纵的新途径。
2021-06-21 physics.optics
Thermal atoms facilitate intensity clipping between vectorial dual-beam generated by a single metasurface chip
本研究针对矢量光束强度分布灵活调控的需求，提出以热原子为调制介质、单块超表面生成控制与信号矢量双光束的整形系统，通过调控控制光参数实现信号光束轮廓动态调整，为小型化多功能矢量光束应用提供新方案。
2024-12-13 physics.atom-ph physics.optics
Extension of Babinet's relations to reflective metasurfaces: Application to the simultaneous control of wavefront and polarization
本文将巴比涅关系从透射型超表面扩展到含反射镜的反射型超表面，通过自互补结构实现太赫兹半波片，并演示高效率反常反射与偏振转换的同时控制。
2024-08-19 physics.app-ph physics.optics
Third Harmonic Upconverted Full-Stokes Imaging with High-Efficiency Germanium Metasurface from MWIR to SWIR
University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）
本文提出了一种基于高效率锗超材料的三阶谐波上转换全立体成像方法，实现了中波红外到短波红外的高效偏振测量。
2025-12-21 physics.optics
Thermally-controlled magnetooptical metasurface for tunable Faraday rotation
本研究提出一种热控可调磁光超表面，可通过加热（含外控激光局部加热）大范围调谐法拉第旋转的符号与数值，还可实现激光偏振自调制，为磁光调控提供新途径。
2025-03-24 physics.optics
Resonant Asymmetric All-Dielectric Metasurface for Boosting Third-Harmonic Generation
共振超颖表面由于其鲜明的光谱特征和显著的场增强效应而受到广泛的关注。在这项工作中，通过打破硅纳米柱的面内对称性，我们实现了尖锐的法诺共振。计算分析了超颖表面的远场辐射和近场分布，进一步揭示了超颖表面的谐振特性。此外，理论推导和模拟表现出反二次依赖的Q-因子的非对称性参数，揭示了共振是由在连续介质中的受保护的束缚态。最后，我们在实验上验证了这种尖锐共振，并利用它有效地提高了三次谐波的产生。这种增强可以归因于超颖表面内部的强光学强度增强。
2020-04-03 physics.optics
Plasmonic metagratings for simultaneous determination of Stokes parameters
测量光的偏振态是一个固有的困难问题，因为正交偏振态之间的相位信息通常在检测过程中丢失。在这项工作中，我们带来了在适当设计的相位梯度双折射超颖表面的归一化斯托克斯参数和衍射对比度之间的等价性，并引入了全偏振双折射metagrates的概念。由三个交织的超表面组成的超折射允许人们通过进行同时（即，平行）测量相应的衍射强度，立即揭示了在检查中的偏振态的斯托克斯参数。基于在800 nm波长下反射的等离子体超颖表面，我们设计并实现了相位梯度双折射超颖表面和相应的超颖，而所制造的组件的实验表征令人信服地证明了预期的功能。我们预见到在任何感兴趣的频率范围内，在紧凑的偏振设置中使用变形。
2016-09-15 physics.optics
Nonlinear graphene metasurfaces with advanced electromagnetic functionalities
光学非线性效应可以提供不同的先进的电磁功能，如波混频和相位共轭，可以应用于各种新的应用。然而，这些效应通常具有极弱的性质，并且需要高输入强度值才能被激发。有趣的是，石墨烯的大的三阶非线性，以及源于其等离子体行为的强场约束，可以用来增强在红外（IR）和太赫兹（THz）频率的几个相对弱的非线性效应。为了实现这一目标，在这项工作中提出了各种非线性石墨烯超颖表面，以有效地提高不同光学非线性效应的效率，从而降低需要激发的所需输入强度。特别是，我们将表明，四波混频（FWM）的效率可以提高几个数量级，通过使用由图案化的石墨烯带，介电夹层，和作为衬底的金属反射器组成的非线性超颖表面。我们还证明了自相位调制（SPM）的非线性过程可以通过使用替代的石墨烯非线性超颖表面，作为相干完美吸收体，导致该结构的相干完美吸收（CPA）效应的谐振频率的显著偏移作为入射波的输入强度的增加来增强。这个属性将提供一个健壮的机制来动态地调整和切换CPA过程。此外，它将提出，由于另一个非线性过程，称为相位共轭的增强，可以通过单个石墨烯单层膜实现强负反射和折射。这种非线性过程被设想用于构建具有亚波长分辨率的完美成像设备。
2020-01-12 physics.optics
Multiwavelength polarization insensitive lenses based on dielectric metasurfaces with meta-molecules
超表面是由亚波长散射体（或超原子）阵列组成的纳米结构器件，其操纵光的波前、偏振或强度。像其他衍射光学器件一样，超表面遭受限制其带宽的显著色差。在这里，我们提出了一种方法，用于设计多波长超颖表面使用多个元原子，或元分子的单位细胞。透射透镜的效率高达72%，数值孔径高达0.46，同时工作在915 nm和1550 nm的演示。通过适当的缩放，这些设备可以用于需要在不同的已知波长下操作的应用中，例如各种荧光显微镜技术。
2016-01-22 physics.optics
Simultaneous achromatic and varifocal imaging with quartic metasurfaces in the visible
成像系统的两个关键指标是其放大率和光学带宽。虽然高质量的成像系统今天通过光学变焦实现了跨越整个可见光谱的带宽和放大率的大变化，但这些通常需要具有不适合尺寸受限应用的笨重元件的透镜组件。Metalenses提出了一种小型化的方法，但它们的强色差和缺乏变焦消色差元件限制了它们的实用性。虽然示例性宽带消色差超透镜可经由色散工程实现，但在实践中，这些设计限于小的物理孔径，因为大面积透镜将需要具有对于制造不可行的纵横比的相位补偿散射体。然而，许多应用需要更大的面积来收集更多的光子以获得更好的信噪比，并且还必须使用非偏振光。在本文中，我们同时实现消色差操作在可见光波长和变焦控制使用偏振不敏感，混合光学数字系统与区域不受色散工程散射体。我们推导出相位方程的共轭超颖表面，产生一个集中的加速光束的彩色焦移控制和广泛的可调焦距范围为4.8毫米（667屈光度的变化）。利用这种共轭对，我们实现了一个近光谱不变的点扩散函数在可见光区。然后，我们将元表面与捕获后去卷积算法相结合，在非相干白光下成像全色图案，展示了消色差的5倍变焦范围。同时消色差和变焦超透镜可以在各种领域中应用，包括增强现实，植入式显微镜和机器视觉传感器。
2020-01-27 physics.optics
Metasurface lasers programmed by optical pump patterns
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
Dynamic coherent perfect absorption in nonlinear metasurfaces
提出了一种基于非线性超颖表面的可调谐相干理想吸收体。非线性超颖表面由等离子体纳米天线耦合到具有大光学非线性的ε近零材料制成。通过控制输入光束的相对相位，实现了相干完全吸收。我们发现，非线性超颖表面的光学响应可以通过改变泵浦光的强度从完全吸收调谐到部分吸收。所提出的非线性超颖表面可用于设计光学可调谐热发射器、调制器和传感器。
2020-07-07 physics.optics
Full-color complex-amplitude vectorial holograms based on multi-freedom metasurfaces
相位、偏振、振幅和频率代表了光的基本维度，对于基本的光-物质相互作用和所有主要的光学应用都起着至关重要的作用。Metasurface作为一个紧凑的平台出现来操纵这些旋钮，但以前的Metasurface在同时控制它们方面的灵活性有限。在这里，我们介绍了一个多自由度的元表面，可以同时和独立调制相位，偏振和振幅的解析形式，并进一步实现频率复用的k空间工程技术。多自由度元表面无缝地结合了几何Pancharatnam-Berry相位和迂回相位，这两者都是频率无关的。其结果是，它允许复振幅矢量全息图在各种频率的基础上相同的设计策略，没有复杂的纳米结构搜索的大规模尺寸参数。基于这一原理，我们在实验上展示了具有金属-绝缘体金属架构的可见光中的全色复振幅矢量元全息图，通过超颖表面解锁了长期寻求的高级光场操纵的全部潜力。
2019-12-24 physics.optics
Electrically Tunable Multifunctional All-Dielectric Metasurfaces Integrated with Liquid Crystals in the Visible
作为二维超材料，超表面为静态平面光学的设计开辟了新的途径。然而，实际应用需要光学波段中的超颖表面的动态调制。现有的动态器件很少利用超表面的偏振操纵能力。在这里，我们展示了一个电可调的多功能超颖表面在可见光范围内，通过集成双折射液晶（LC）与全介电超颖表面的基础上一种新的封装方案。通过结合超颖表面的螺旋度相关的几何相位和液晶分子的偏振控制能力，实现了两个螺旋度通道的连续强度调谐和切换。电调谐单通道可切换的元全息图，多路复用的元全息图，和动态变焦超透镜的设计来验证的概念。动态调谐中偏振控制的探索可以为各种应用中的动态超颖表面器件铺平道路，例如空间光调制器、光检测和测距系统以及全息显示器。
2020-12-25 physics.optics
Nonlinear bicolor holography using plasmonic metasurfaces
非线性超颖表面全息显示了超颖表面在控制光的相位、振幅和偏振同时转换光的频率方面的巨大潜力。定制相干光束的散射特性以及源自超原子的非线性信号的散射特性的可能性促进了光束成形应用中的巨大自由度。最近，几种方法表明，虚拟物体或任何类型的光学信息可以在与激光输入光束不同的波长处产生。在这里，我们展示了一个单层的非线性几何相位元表面的等离子体纳米结构的同时产生的第二和第三谐波。与以往的工作不同，我们展示了一个双色全息图与不同类型的纳米结构，通过不同的非线性光学过程产生的颜色信息。两个谐波信号的振幅比可以根据纳米结构的共振以及入射激光束的功率和波长来调整。在傅立叶空间中，使用单个近红外波长在具有相等振幅的可见波长处重建双色全息图像。同时使用多个非线性过程的非线性全息术为全息彩色显示应用、增强的光学加密方案和多路复用光学数据存储提供了另一种途径。
2021-03-02 physics.optics
Near-zero-sidelobe optical subwavelength asymmetric focusing lens with dual-layer metasurfaces
现有的非对称透射超颖表面通常由金属材料构成，光频效率低，不能同时实现光学非对称透射和聚焦。非对称聚焦透镜（AFL）虽然实现了声非对称聚焦，但获得的焦点伴随着较大的旁瓣。针对这些问题，本文提出了一种利用介质材料设计双层超颖表面的自聚焦光纤，可以同时实现光的非对称传输和聚焦。进一步通过优化AFL的设计理论，实现了亚波长量级的近零旁瓣聚焦。优化后的AFL在宽带范围内实现了NZS非对称聚焦，在光学微纳加工、量子通信、光学微操纵等领域具有巨大的应用潜力。
2020-01-04 physics.optics
Metasurface-Stabilized Optical Microcavities
我们证明了稳定的光学微腔抵消相位演变的腔模式使用非晶硅超颖表面作为两个腔端镜之一。精心的设计使我们能够将电信波长处的超颖表面散射损耗限制在2%以下，并且使用分布式布拉格反射器作为超颖表面衬底确保了高反射率。我们的第一个演示实验实现了电信波长微腔的品质因数高达4600，光谱谐振线宽低于0.4 nm，模式体积下降到低于2.7 $λ^3$。然后，我们表明，该方法引入了前所未有的自由，以稳定模式与任意的横向强度分布和设计腔增强全息模式。我们的方法将介电超颖表面的纳米级光控制能力引入腔电动力学，并且使用广泛的半导体制造工艺直接在工业上可扩展。
2022-08-13 physics.optics
Generation of cylindrical vector vortex beams by two cascaded metasurfaces
提出了一种简单有效的基于两个级联超颖表面的任意柱面矢量涡旋（CVV）光束的产生方法。该超颖表面作为空间变化的Panchratnam-Berry相位元件工作，并且可以产生任何期望的涡旋相位和矢量偏振。第一超表面用于切换与涡旋相关联的拓扑电荷的符号，并且第二超表面用于操纵局部极化。这种方法允许我们同时操纵CVV光束的偏振和相位。
2014-07-22 physics.optics
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
All-optical Reconfiguration of Ultrafast Dichroism in Gold Metasurfaces
光学超颖表面作为一个有前途的纳米级光操纵平台，包括通过飞秒激光脉冲激发的超快全光控制，已经成为人们关注的焦点。最近，二向色超颖表面已经被利用来以前所未有的速度调制光的偏振状态。在这里，我们从理论上预测和实验证明泵浦探测光谱的能力，通过简单地作用于泵浦脉冲的偏振，这是重塑的光扰动的时空分布，以重新配置的超快二向色信号的金超颖表面。光致各向异性响应，驱动的平衡载流子和熄灭在亚皮秒的时间窗口，很容易控制的强度，通过调整激发的偏振方向到一个完整的符号反转。这项工作证明了非线性超颖表面提供了在完全全光学可重构平台中定制其超快光学响应的灵活性。
2022-01-10 physics.optics
A Cyclical Deep Learning Based Framework For Simultaneous Inverse and Forward design of Nanophotonic Metasurfaces
针对目标电磁响应的纳米光子超颖表面设计和优化的常规方法涉及探索大的几何形状和材料空间，这在计算上是昂贵的、耗时的并且是基于试错的高度迭代过程。此外，结构设计的非唯一性和电磁响应与设计之间的高度非线性使得该问题具有挑战性。为了将电磁响应与超颖表面结构设计之间的这种非直观关系建模为设计空间中的概率分布，我们引入了一个基于循环深度学习（DL）的框架，用于纳米光子超颖表面的逆向设计。该框架基于DL模型和遗传算法，对作为元表面单元的元原子和元分子的生成进行逆向设计和优化。该框架包括连续的DL模型，模拟数值电磁仿真和迭代优化过程，并生成优化的结构设计，同时执行正向和反向设计任务。通过遗传算法对生成的结构设计进行选择和评估，以构建模拟真实世界响应的期望光学响应和设计空间。重要的是，我们的循环生成框架还探索了新的元表面拓扑空间。作为我们所提出的架构的实用程序的一个示例应用程序，我们演示了基于间隙等离子体激元的半波片超颖表面的逆设计，用于用户定义的光学响应。我们所提出的技术可以很容易地推广到设计纳米光子超颖表面的范围广泛的有针对性的光学响应。
2020-05-26 eess.IV physics.optics
Terahertz pulse generation with binary phase control in non-linear InAs metasurface
太赫兹（THz）脉冲产生的效应已经彻底改变了太赫兹频率下的宽带相干光谱和成像。然而，THz脉冲通常缺乏空间结构，而结构化光束对于高级光谱应用变得至关重要。具有纳米级THz发射器的非线性光学超颖表面可以通过在产生阶段定义光束结构来提供解决方案。我们开发了一个非线性的InAs超颖表面组成的纳米光学谐振器的同时产生和太赫兹光束的结构。我们发现，太赫兹脉冲产生的谐振器是由光学整流。它比ZnTe晶体更有效，并且它允许我们控制脉冲极性和幅度，为实现二相THz超颖表面提供了平台。为了说明这种能力，我们展示了InAs超透镜，它同时产生和聚焦太赫兹脉冲。使用纳米级发射器控制时空结构为太赫兹光束工程和先进的光谱学和成像应用打开了大门。
2022-11-07 physics.optics
Suppression of narrow-band transparency in a metasurface induced by a strongly enhanced electric field
我们实现了一个电磁感应透明（EIT）的抑制，如传输的超颖表面诱导的局部电场，是强烈增强的基础上两种方法：电磁能量的压缩共振超颖表面和增强的电磁能量密度与低群速度。类EIT超颖表面由一对辐射耦合的割线谐振器组成，它可以同时实现两种场增强方法。强烈增强的局部电场在切丝谐振器的任一个间隙处产生空气放电等离子体，这使得类EIT超颖表面变为两种洛伦兹型超颖表面。
2015-10-09 physics.optics
Hybrid silicon-organic Huygens' metasurface for phase modulation
本文提出一种硅-有机惠更斯超表面电光调制器，通过仿真实现近全透射和全2π相位覆盖，在1330 nm下获得140°相位调制，为高速空间光调制器提供新方案。
2023-08-31 physics.app-ph physics.optics
Kerker condition for enhancing emission rate and directivity of single emitter coupled to dielectric metasurfaces
超颖表面具有控制光的经典和非经典状态的能力，以实现甚至在单个发射器水平上的受控发射。在这里，我们揭示了Kerker条件诱导的发射率增强与强方向性从一个单一的发射器集成在由硅纳米盘组成的电介质超颖表面。模拟和分析计算证明了Kerker条件与单向光散射电偶极子，环形偶极子，和磁四极子之间的建设性干涉演变。结果表明，局域光态密度随空间的变化而增强，局域光场强度随空间的变化而变化。在氮空位中心的零声子线处获得了400倍的速率增强，具有良好的发射方向性和收集效率。这些结果在按需单光子产生、自旋光子界面、多体相互作用和强耦合等方面具有重要意义。
2022-02-15 physics.optics
Electrical Tuning of Polarizaion-state Using Graphene-Integrated Metasurfaces
等离子体超颖表面已经被用于调谐和控制光，使得能够实现各种新颖的应用。它们的吸引力随着与元表面的活跃元素的结合而增强，为动态控制铺平了道路。在这封信中，我们实现了一个动态偏振态发生器使用石墨烯集成各向异性超颖表面（GIAM），其中线性入射偏振可控地转换成椭圆形。当用非正交入射偏振照射时，各向异性超颖表面导致本征偏振转换。此外，单层石墨烯允许我们在施加栅极电压时调整反射光的相位和强度，从而实现动态偏振控制。用旋转偏振器法测量了反射光的斯托克斯偏振参数，结果表明，该装置可以引起椭圆率和取向角的较大变化。我们还提供了实验证据表明，倾斜角可以改变独立的椭圆率从正值到接近零到负值，而椭圆率是恒定的。
2017-01-16 physics.optics
Enhanced Third-Harmonic Generation in a Bound State in the Continuum Assisted Multiband All-Dielectric Metasurface
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
该研究设计了含硅纳米块的全介质超表面，利用连续介质中的准束缚态实现多带Fano共振，增强了紫外多带三次谐波产生，为多带光子器件研发提供了新途径。
2026-09-30 physics.optics
Multiphysics metamirrors for simultaneous manipulations of acoustic and electromagnetic waves
超颖表面已经显示出波的波前操纵的前所未有的可能性。研究工作集中于开发对一种物理性质的波（例如，对电磁波）执行特定功能的元表面。在这项工作中，我们提出了使用功率流共形元反射镜创建多物理场设备，可以同时控制不同性质的波。特别是，我们介绍了超表面设备执行指定的操作，在同一时间的电磁波和声波。使用基于表面阻抗的纯分析模型，我们引入了对电磁波和声波执行相同功能的元表面，并且更具有挑战性的是，对电磁学和声学执行不同功能。我们提供了现实的拓扑结构的实际实现建议的元表面，并确认与数值模拟的结果。
2020-02-03 physics.app-ph 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
Full control of polarization states and phase distributions of light with dual-metasurfaces
控制光的相位和偏振态是几乎所有光学研究的重要目标。需要开发一种允许同时操纵偏振和相位分布的高效光学组件。传统的方法需要多个光学器件的组合，单个光学器件无法轻易实现对光的完全控制。我们从理论上预测和实验验证，我们提出的双超颖表面提供了一个很好的手段，同时操纵相位和偏振的透射光在纳米尺度。通过在界面上引入相位梯度，实现了近红外区域偏振可控的近完美反常折射。在这些特性的基础上，我们创建了一个能够产生径向偏振光束的双超颖表面，展示了完全控制光的能力。这项工作为提高光的操纵自由度开辟了令人兴奋的途径，包括偏振和相位的传播方向和分布，并可能深刻影响广泛的等离子体应用。
2014-03-26 physics.optics
Trichromatic and Tri-polarization-channel Holography with Non-interleaved Dielectric Metasurface
超颖表面具有巨大的潜力，先进的全息显示与非凡的信息容量和像素大小在一个非常平坦的轮廓。双偏振通道编码两个独立的相位分布或空间复用的元全息通过交错的元表面是迷人的流行的解决方案，以投影复用和矢量图像。然而，正交偏振通道的固有限制，它们的串扰由于元原子之间的耦合，和交织引起的效率和重建图像质量的下降设置了很大的障碍，复杂的元全息被广泛采用。在这里，我们报告了一个非交错的二氧化钛超颖表面全息，和三个不同的相位分布编码成三个正交偏振基地几乎为零串扰。因此，相应的三个独立构造的强度分布被分配给三色（RGB）光束，从而在整个可见光范围内产生高质量和高效率的矢量元全息。我们的策略提出了一个非常规的先进的全息方案，通过协同三原色和三偏振通道，简单地实现了一个极简主义的非交错元表面。我们的工作揭示了超表面在海量信息存储、偏振光学、偏振成像、全息数据加密等方面的潜力。
2019-09-22 physics.optics
Metasurface Optics for Full-color Computational Imaging
传统的成像系统包括连续地减轻像差的大而昂贵的光学部件。超表面光学提供了一种通过用平面和紧凑的实现方式取代笨重的组件来实现成像系统小型化的途径。然而，这些器件的衍射性质引起严重的色差，并且当前的多波长和窄带消色差超颖表面不能支持全可见光谱成像（400-700 nm）。我们结合计算成像和超表面光学的原理来构建具有NA ~ 0.45的单个超透镜的系统，该系统在白光照明下生成聚焦图像。我们的超透镜表现出光谱不变的点扩散函数，使计算重建捕获的图像与一个单一的数字滤波器。这项工作连接计算成像和元表面光学，并展示了通过同时减少像差和用更简单的光学器件缩小成像系统来结合这些学科的能力。
2018-02-11 physics.optics
Experimental Demonstration of Phase Modulation and Motion Sensing Using Graphene-Integrated Metasurfaces
等离子体超颖表面能够通过改变光强度、相位和偏振状态来修改波前。有源等离子体超颖表面将允许波前的动态调制，这引起了有趣的应用，例如光束转向、全息图和可调谐波片。石墨烯是一种有趣的材料，具有动态特性，可以在超快的速度下通过电子门控进行控制。我们使用石墨烯集成的超颖表面来诱导波前的可调相位变化。超颖表面支持Fano共振，可产生约7.7微米的高质量共振。使用Michleson干涉测量装置测量相位变化。结果表明，反射相位可以改变高达55度。特别地，相位可以改变28度，而幅度几乎恒定。超颖表面的各向异性光学响应用于响应于45度的入射场来调制反射波的椭圆率。我们展示了我们的系统在亚微米精度的潜在超快激光干涉测量中的概念应用的证明。
2015-10-22 physics.optics
Simultaneous Perfect Bending and Polarization Rotation of Electromagnetic Wavefront using Chiral Gradient Metasurfaces
我们引入手征梯度超颖表面，允许所有的入射波完美的传输到一个所需的方向和同时完美的旋转的偏振的折射波相对于入射。除了使用提供折射波相对于入射波的弯曲的梯度偏振密度之外，使用手性的超颖表面内含物允许折射波的偏振旋转。我们提出了一种可能的实现所提出的设备通过离散化所需的等效表面极化密度实现适当的螺旋夹杂物在每个离散点。通过仅使用单个光学薄层的手性夹杂物，我们能够以$72\%$功率效率在$45^{\circ}$处将法向入射平面波偏转为折射平面波，所述$72\%$功率效率伴随有$90^{\circ}$偏振旋转。所提出的概念和设计方法可以在微波偏振旋转器件以及光学中找到实际应用，特别是当入射功率需要偏转时。
2019-05-11 physics.app-ph physics.optics
Dielectric Metasurfaces for Complete and Independent Control of Optical Amplitude and Phase
超表面是光学上薄的超材料，其承诺完全控制光的波前，但主要用于仅控制光的相位。在这里，我们提出了一种方法，简单的概念和实践中，使用具有不同程度的形式双折射和旋转角度的元原子，以创建高效率的电介质超颖表面，控制在一个或两个频率的光学振幅和相位。这开辟了计算机生成全息术的应用，允许忠实地再现目标全息场景的相位和振幅，而无需仅相位全息术中所需的迭代算法。我们展示了全电介质超颖表面全息图的振幅和相位的独立和完整的控制，同时在两个光学频率，以产生二维和三维全息对象。我们发现，相位振幅超表面使一些功能无法实现的相位全息，这些包括创建无伪影的二维全息图像，编码相位和振幅分布分别在物平面，编码强度分布在超表面和物平面分别，并控制三维全息对象的表面纹理。
2019-09-05 physics.optics
Enabling all-to-circular polarization upconversion by nonlinear chiral metasurfaces with rotational symmetry
本文提出利用堆叠策略设计具有高旋转对称性的双层手性超表面，实现准连续域束缚态共振，将任意线偏振或非偏振泵浦光上转换为圆偏振非线性信号，并揭示了信号强度比与非线性阶数及局部场增强的幂律关系。
2024-07-27 physics.optics
Metadevice for intensity modulation with sub-wavelength spatial resolution
对光束传播的有效连续控制需要具有小于光波长的像素的光调制。在这里，我们提出了一个空间强度调制器的亚波长分辨率在一维。该元器件结合了可重构纳米膜超材料和超表面相干全光控制的最新进展。它使用纳米机械驱动放置在镜子附近的超颖表面吸收带，以控制它们与光的相互作用，从完美的吸收到可忽略的损失，有望实现动态光束衍射，光聚焦和全息而没有不必要的衍射伪影。
2016-10-21 physics.comp-ph physics.optics
Simultaneous spectral and spatial modulation for color printing and holography using all-dielectric metasurfaces
超颖表面具有以前所未有的高分辨率调整光的相位、振幅甚至光谱响应的出色能力，因此引起了人们的极大兴趣。在这里，我们提出并实验证明了一种新的元器件，该元器件通过同时调制亚波长尺度的光谱和空间响应，将彩色印刷和计算机生成的全息图集成在单层电介质元表面内。在我们的设计中，这种超表面在白光照明下表现为微观彩色图像，同时加密两种不同的全息图像，当用红色和绿色激光束照射时，可以在远场投影。我们选择非晶硅二聚体和纳米鳍作为建筑组件，并使用修改后的并行Gerchberg-Saxton算法获得多个子全息图与任意空间形状的图像索引安排。这种方法可以进一步扩展元表面的设计自由度。通过在单个像素的水平上利用光谱和空间控制，可以将多组独立的信息引入到单层设备中，额外的复杂性和扩大的信息容量对于诸如信息安全和防伪的新颖应用是有希望的。
2019-08-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph 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
Inverse designed full-Stokes polarimetric metasurface with simultaneous wavefront sensing for visible light
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Meopta s.r.o.（梅奥塔有限公司）
本文提出一种反向设计的全斯托克斯极化表面，实现可见光波前传感与极化状态的同时测量，通过优化纳米结构几何和旋转，提升系统效率和精度。
2026-04-20 physics.app-ph physics.optics
Geometric Metasurface Fork Gratings for Vortex Beam Generation and Manipulation
近年来，具有轨道角动量的涡旋光束由于其在大容量光通信中的应用潜力而受到广泛关注。这种能力源于轨道角动量（OAM）的无界拓扑荷，它为编码信息提供了无限的自由度。产生涡旋光束的两种最常见的方法是通过叉形衍射光栅和螺旋相位板。虽然传统的螺旋相位板的实现需要复杂的3D制造，但新兴的超颖表面领域为产生任意轨道角动量的涡旋光束提供了平面和简便的解决方案。在这里，我们实现了一种新型的几何超颖表面叉光栅，无缝地结合了超颖表面相位板的功能，用于产生涡旋光束，和线性相位梯度超颖表面的功能，用于控制波的传播方向。因此，超颖表面叉形光栅能够同时控制光的自旋和轨道角动量。
2016-05-03 physics.optics
High-efficiency optical frequency mixing in an all-dielectric metasurface enabled by multiple bound states in the continuum
我们提出了硅纳米盘二聚体超颖表面中的非线性光学四波混频。在斜入射的平面波作用下，所设计的超颖表面呈现出多共振的特征，同时激发出三个准束缚态。通过采用这些准BIC与最大的电场能量在输入凸块波长，三阶非线性过程，包括三次谐波产生，简并和非简并四波混频的显着增强被证明，在可见光波长产生十个新的频率。这项工作可能会导致一个新的前沿的超紧凑型光混频器的应用在光学电路，超灵敏传感和量子纳米光子学。
2023-02-25 physics.optics
Full-Field Metasurface Characterization with Polarization Sensitive Coherent Modulation Imaging
State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学光电科学与工程学院极端光子学与仪器全国重点实验室）；Department of Electrical and Electronic Engineering, The University of Hong Kong（香港大学电子电气工程系）；College of Optical and Electronic Engineering, China Jiliang University（中国计量大学光电工程学院）；ZJU-Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center（浙大杭州全球科创中心）
本文提出偏振敏感相干调制成像技术，用于高分辨率全场表征超材料调制光的偏振特性，填补了超材料计量学的关键空白。
2026-02-19 physics.optics
Broadband Cross-Circular Polarization Carpet Cloaking based on a Phase Change Material Metasurface in the Mid-infrared Region
针对目前大多数隐身装置都集中于线偏振隐身，而对中红外隐身特性研究较少的现状，提出了一种中红外波段交叉圆偏振隐身地毯隐身装置。基于Pancharatnam Berry相位原理，精心设计了具有交叉圆极化梯度相位的单胞，并将其构造成一个超表面。为了实现可调谐交叉圆偏振地毯斗篷，在单元结构的设计中引入了相变材料。当相变材料处于非晶态和晶态时，所提出的超颖表面单元可以实现高效的交叉偏振转换，并且反射强度可以调节。根据地毯隐身的相位补偿原理，利用所设计的单元结构，构建了一种具有相位梯度的超表面隐身装置。从近场和远场的分布，交叉圆偏振隐身特性被证实在宽带波长范围内。提出的隐身装置可以有效地抵抗交叉圆偏振探测。
2022-03-04 physics.optics
Multifunctional Metasurface: Simultaneous Beam Steering, Polarization Conversion and Phase Offset
提出基于变容二极管的可重构多功能超表面，通过调控正交分量反射相位，在单一原型上同时实现波束偏转、极化转换与相位偏移。
2023-07-27 physics.app-ph physics.optics
Unconventional high-harmonic generation in resonant membrane metasurfaces
研究发现在准连续域束缚态驱动的高Q谐振超表面中，高次谐波产生打破常规整数幂律，表现出非整数强度依赖性，为纳米尺度光物质相互作用提供了新理解。
2025-06-25 physics.optics
Planar narrow-band-pass filter based on Si resonant metasurface
光学谐振介电超颖表面提供了独特的能力，可以基于不同的电磁Mie多极共振的激发和干涉来完全控制光的波前、偏振、强度或光谱内容。近年来，随着纳米材料和纳米技术的广泛应用，高质量的功能光学超颖表面的研究领域出现了一股热潮，这种超颖表面可以替代甚至超越传统的超薄光学元件。超颖表面技术取代传统的光学滤波元件具有集成成本低、结构超薄紧凑、易于多功能组合和对材料限制少等显著优点。在这里，我们提出并实验证明了一个平面窄带通滤波器的基础上组成的硅纳米谐振器阵列的光学介质元表面。通过将相邻的电偶极共振和磁偶极共振相结合，实现了宽带透射谱谷（约200 nm）。同时，我们通过激发高质量的漏模来获得窄带透射峰，该漏模是由超颖表面中的集体纵向磁偶极共振产生的连续谱中的束缚态部分断裂而形成的。我们提出的基于超颖表面的滤波器对于小角度（10度以内）的斜光入射表现出稳定的性能。我们的工作暗示了纳米光子器件在显示、光谱等方面的潜在应用。
2021-01-05 physics.optics
Point singularity array with metasurfaces
本研究利用超表面逆向设计，在柱对称场中确定性生成十个点奇点阵列，实现紧密纵向约束，并展示其在原子陷阱和超分辨成像中的潜力。
2022-11-28 physics.optics
