Transverse spin and surface waves in acoustic metamaterials
我们考虑非均匀声场中的自旋角动量密度：负密度超材料界面处的倏逝波和表面波。尽管是纯纵向的（无卷曲），声波具有由速度场描述的固有矢量特性。最近的描述和观察的弹性波和声波中的自旋性质的动机，我们比较这些属性与他们众所周知的电磁对应。令人惊讶的是，在电磁学和声学中，倏逝波的横向自旋和表面波的参数都非常相似。我们还简要分析了色散在描述声学超材料中的能量和自旋密度中的重要作用。
2018-12-18 physics.class-ph physics.optics
Achieving Selective Damage Interrogation and Sub-Wavelength Resolution in Thin Plates with Embedded Metamaterial Acoustic Lenses
在这项研究中，我们提出了一种方法，超声波束形成和高分辨率识别声源结构健康监测技术具有重要意义。所提出的概念是基于通过嵌入式声学超材料透镜的动态定制结构元件的设计。这种方法提供了一个全新的替代传统的相控阵技术，使形成可操纵和准直（或聚焦）的超声波束，通过利用一个单一的换能器。超声波束可以通过简单地调谐激励的频率来操纵。此外，嵌入式透镜可以被设计为实现对初始集群损伤的亚波长分辨率。
2013-12-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Birefringent left-handed metamaterials and perfect lenses
我们描述了双折射左手材料的性质，并介绍了双折射完美透镜的概念。我们证明，在一个鲜明的对比，传统的左手完美的镜头在$ε=μ=-1$，其中$ε$是介电常数和$μ$是磁导率，双折射左手透镜可以集中TE或TM偏振波或两者，允许TE和TM图像的空间分离。讨论了左手双折射透镜在亚波长尺度下的分束和近场诊断等方面的应用。
2004-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Negative index of refraction, perfect lenses and transformation optics -- some words of caution
在本文中，我们表明，一个负折射率是不是一个直接的含义与方向反转的非同态变换光学。相反，由于符号自由度的特定选择，出现了负指数。此外，我们指出，变换设计的透镜，它依赖于时空折叠的概念，不放大倏逝模，相反，Pendry-Veselago透镜。相反，像点处的倏逝模由复制源产生，因此不发生近场成像（完美透镜效应）。
2010-01-26 physics.optics
Abatement of Computational Issues Associated with Dark Modes in Optical Metamaterials
超材料纳米结构中的光场可以分为亮模式和暗波动场，亮模式的色散通常由有效介质参数描述。这种传播模式和消逝模式的组合由于模式振幅的方程组条件差而造成严重的数值复杂性。我们提出了一种基于传输矩阵方法的数值计算方法，解决了平行板金属-介质超材料的这个问题，并证明了它的有效性。
2015-08-08 physics.optics
Broadband negative refraction in stacked fishnet metamaterial
我们展示了一个方案，利用堆叠的渔网超材料的全角度负折射和亚波长成像从零频率开始的宽频率范围内。时域有限差分（FDTD）数值模拟验证了理论预测。这种现象是由于金属层上的呼吸空气孔使相邻平板波导之间产生负倏逝波耦合而引起的。
2010-08-07 physics.optics
Negative Refraction Does Not Make Perfect Lenses
在n=1的正常介质和n=-1的理想负折射率介质之间的界面处的倏逝波传输的电磁边界问题的被广泛接受的理论处理忽略了界面处的非零感生表面电流和电荷密度，并且是自不一致的。我们重新解决的电磁边界问题，考虑到非零的感应表面电流和电荷密度，已被忽略到目前为止，其他人。我们给出了这种特殊情况下的精确的表面感应电流和电荷分布，并使用格林函数方法解析地求解了折射场和反射场。自洽的解决方案产生的透射系数为1和反射系数为0的所有倏逝波。因此，我们发现，与普遍的看法相反，负折射率并不能制造出完美的镜片。
2013-06-10 physics.optics
A simplified method for full-wave simulation of metamaterials: utilizing near-field decoupling technology
本文提出一种基于倏逝波相互作用的近场解耦方法，将复杂超材料结构分解为简单组件，通过全波仿真解析计算整体电磁特性，大幅降低计算时间和内存需求。
2025-01-23 cond-mat.dis-nn physics.optics
Giant radiation heat transfer through the micron gaps
近场热传递在两个紧密间隔的辐射介质之间可以在数量级上超过通过单个黑体的界面的辐射。这种效应是由在两个透明边界之间形成光子隧道的指数衰减（倏逝）波引起的。然而，在中红外范围内，当两种介质之间的间隙小到几十纳米时，它成立。我们提出了一种新的辐射热传递模式，使微米厚的光子隧道成为可能。对于它，两种介质之间的空气间隙应该被修改，以便将倏逝波在其内部转换为传播波。这种修改可以使用超材料来实现，使得实际上不存在通过超材料的直接热传导，并且所传递的热的光伏转换不被超材料改变。
2011-03-02 physics.optics
Metamaterial-based gradient index lens with strong focusing in the THz frequency range
创新的太赫兹（THz）成像系统的发展最近已经成为科学工作的焦点，因为它能够通过纺织品或塑料筛选物质。具有高空间分辨率的THz成像系统的发明在质量控制、灰尘环境中的光谱学和安全检查领域中的应用越来越受关注。当前太赫兹成像系统的主要限制之一是低空间分辨率，这受限于缺乏具有强聚焦能力的太赫兹透镜。在这里，我们提出的设计，制造和光谱宽带超材料为基础的梯度折射率（GRIN）透镜的光学特性的测量，允许一个太赫兹辐射的焦点直径小于波长。由于亚波长厚度和高聚焦强度，所提出的GRIN透镜是朝向具有大幅提高的空间分辨率的紧凑型THz成像系统的重要一步。
2010-12-08 physics.optics
Reverse Chromatic Aberration and its Numerical Optimization in a Metamaterial Lens
在平面超材料透镜中，焦点随频率移动。这里，它是数字显示，这种运动可以通过适当的工程的超材料为基础的移相器，构成透镜的尺寸控制。特别地，这样的透镜可以被设计成呈现出不寻常的色差，其中焦距随着频率而增加，而不是减小。有人提出，这样的人工“反向”色差可以优化等离子体的毫米波诊断的横向分辨率，并在补偿光学系统中的其他组件的自然“普通”色差是有用的。更一般地，优化的色差将允许同时聚焦在位于不同距离处并且以不同频率发射或反射的若干物体上。
2013-02-28 physics.optics
Perfect compensation of absorption in metamaterials for diffraction-unlimited imaging
为了克服传统光学器件的分辨率限制，先前已经开发了使用负折射率平面透镜（NIFL）的近场成像技术，其放大入射场的倏逝分量。在这里，一种技术的开发和证明，以补偿损失的非理想NIFL通过确定的传递函数的镜头，并随后将逆未解决的原始图像。结果是具有亚衍射极限分辨率的补偿图像。
2016-12-22 physics.optics
Optical anisotropic metamaterials: Negative refraction and focusing
我们设计了具有不同结构的三维金属纳米线介质，并通过数值计算证明了它们的色散关系是双曲线的，从而证明了它们可以是均匀有效的不确定各向异性介质。对于有限平板，利用一个很好的拟合过程，以获得色散关系，我们检索的有效折射率。真实3D线介质的伪聚焦与具有线介质的有效介电常数张量的均匀介质非常一致。研究还表明，在长波长极限下，三维线介质的双曲色散关系即使对于倏逝模也是有效的。
2009-07-06 physics.optics
Metamaterial slab as a lens, a cloak or something in between
我们表明，一个超材料板与任意值的μ和μ的行为作为一个斗篷在有限的频率为一个小的物体位于足够接近它由于抑制对象的光学激发增强反射。由于传播分量的反射可以部分地抑制激发，而倏逝分量可以完全掩盖对象。特别地，具有Δ = mu = -1 + i Δ的Veselago板以及一类各向异性负折射率板，当Δ-> 0时，可以完全遮盖放置在距板有限距离内的小物体。
2010-10-30 physics.optics
Switching Purcell effect with nonlinear epsilon-near-zero media
光学拓扑转变被定义为在ε近零（ENZ）频率附近的光子晶体表面的变化，其可以显著地改变放置在超材料板附近的量子发射器的自发发射。在这里，我们表明，由于在ENZ频率的强克尔非线性，高功率脉冲可以诱导等频色散曲线的拓扑结构的突然转变，导致传播以及倏逝波通过超材料板的传输的显着变化。该倏逝波开关效应允许通过Purcell效应的调制来控制自发发射。我们开发了增强的ENZ介质的非线性响应的s和p偏振输入的理论，并表明，这种非线性效应是更强的p偏振，几乎是独立的入射角。我们进行时域有限差分（FDTD）模拟，以证明超材料板的瞬态响应的超快脉冲和快速开关的Purcell效应在亚皮秒尺度。在ENZ处的Purcell因子变化几乎为3倍，这比远离ENZ处的变化强一个数量级。我们还表明，由于多层金属-介质超晶格内部的空间场分布的不均匀性，一个独特的空间拓扑过渡的超材料可以通过控制脉冲诱导的非线性。我们的工作可以导致ENZ超材料中量子现象的超快速控制。
2018-07-06 physics.optics
Lattice models of non-trivial "optical spaces" based on metamaterial waveguides
超材料正被用来模拟各种奇异的“光学空间”，如新型透镜和隐身。虽然大多数努力是针对连续改变介电常数和磁导率张量的工程，但替代方法可以基于超材料波导的晶格。在这里，我们展示了后一种技术的力量，提出各种4D空间的超材料晶格模型。
2011-05-31 gr-qc physics.optics
'Growing Evanescent Envelopes and Anomalous Tunneling' in Cascaded Sets of Frequency-Selective Surfaces in Their Stop Bands
本文讨论了在适当设计的周期性层状频率选择表面（FSS）中存在的波隧穿和场分布的“渐逝包络”。在这里，它表明，一个完全不同的设置完全不同的彭德里的镜头允许一个类似的渐逝调制波的建设。特别是，它示出了如何一个界面共振现象类似于一个存在于异向介质与相反签署的本构参数之间的界面处，可以诱导由一个适当的选择的FSS堆栈的周期性和这些表面的几何特性。分析是通过一个等效的传输线的方法，并提出了一些物理见解这种现象。显着的特点，如完整的波隧穿通过对级联的频率选择表面，每个操作在其带隙，提出和讨论。
2004-08-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Intra-connected three-dimensionally isotropic bulk negative index photonic metamaterial
各向同性负折射率超材料（NIM）是非常需要的，特别是用于实现超高分辨率透镜。然而，现有的各向同性NIM仅在二维上起作用，并且不能被微型化超过微波。直接激光写入工艺可以是朝向三维（3D）各向同性块体光学超材料的制造的范式转变，但仅以额外的设计约束（即连接性）为代价。在这里，我们证明了一个原则性的设计，要求连接并不排除完全各向同性的左手行为。这是实现光学波长下的体3D各向同性NIM的重要一步。
2010-04-02 physics.optics
Far-field super-resolution imaging with a planar hyperbolic metamaterial lens beyond the Fabry-Perot resonance condition
我们证明了利用平面双曲超材料透镜（PHML）可以实现远场超分辨成像，超越了法布里-珀罗共振条件。尽管PHML的厚度远大于波长，但PHML不仅可以高透过率地透射辐射波和倏逝波，而且可以收集图像区域内所有的波，并且它们的幅度在同一数量级。提出了一种实现远场超分辨成像的PHML设计方案，光源与像之间的距离为波长的10倍。我们表明，我们的PHML的超分辨率是强大的损失，和PHML可以通过周期性堆叠的金属和电介质层。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Free-Space Imaging Beyond the Diffraction Limit Using a Veselago-Pendry Transmission-Line Superlens
使用传统透镜的聚焦依赖于传播波的收集和干涉，但忽略了从源快速衰减的倏逝波。由于这些倏逝波包含了源的最细微的细节，因此图像的分辨率会降低，被称为“衍射极限”。超透镜是一种能够产生具有超越衍射极限的精细特征的图像的能力，可以通过由超材料制成的“Veselago-Pendry”透镜来实现。这种用于在自由空间中成像的Veselago-Pendry超透镜必须严格设计以恢复传播波和倏逝波两者，但是满足这些设计条件（各向同性n = μ_r = μ_r = -1）已被证明是困难的，并且使其实现变得难以捉摸。我们证明了自由空间成像的分辨率比微波频率下的衍射极限高出三倍以上，使用基于负折射率传输线（NRI-TL）方法的Veselago-Pendry超材料超透镜，该方法可以精确控制其电磁特性，并且比其他方法更不易受损失的影响。微波超透镜可以特别用于通过背散射的方式在实际距离上照明和区分紧密间隔的掩埋物体，例如在肿瘤或地雷检测中，或者用于靶向照射/热疗。
2008-03-13 physics.optics
Nonlinear Metamaterials for Holography
全息图是存储相位和可能的振幅信息的光学元件，其使得能够通过相干光束的照射和散射来重建物体的三维图像，并且图像在与输入激光束相同的波长下生成。近年来，研究表明，信息可以存储在纳米天线中，从而产生纳米组件。在这里，我们展示了非线性多层超材料全息图，其中通过三次谐波产生的非线性过程，在照明光束的三次谐波的新频率下形成无背景图像。利用多层等离子体纳米天线的电子束光刻，我们制作了偏振敏感的非线性元件，如闪耀光栅，透镜和其他计算机生成的全息图。这些全息图进行了分析和未来的设备应用前景进行了讨论。
2015-12-08 physics.optics
Subwavelength edge detection through trapped resonances in waveguides
能够收集物体完美图像的透镜必须恢复传播波和倏逝波。然而，为了有效的信息传输，例如，在压缩感测中，通常期望仅检测波场的快速空间变化（由倏逝波携带），如由边缘或小细节产生的波场。图像处理边缘检测算法执行这样的操作，但是它们增加了成像过程的时间和复杂性。在这里，我们提出了一种新的亚波长的方法，生成的图像只有那些组件的声场等于或小于工作波长。所提出的技术将倏逝波转换为传播波，在波导中激发捕获的谐振，并且它使用周期性来衰减传播分量。这种方法实现了约一个数量级小于工作波长的分辨率，并使其能够独立地可视化沿不同方向对齐的边缘。
2015-01-10 physics.optics
Anisotropic Response in Metamaterials with Elliptically Perforated Plates: Applications to Near-Field Radiative Heat Transfer
本研究通过椭圆孔板设计实现了超材料的各向异性响应，用于近场辐射热传输的增强控制与热管理应用。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Linear coupling between lightwaves in metamaterials enables lossless artificial magnetism
光学物理学中的一个众所周知的原理是，当介质响应是严格线性的时，在均匀介质内传播的两个光波之间永远不能交换功率。光波之间的功率交换通常借助于非线性发生。一个典型的例子是非线性光学参量放大，其中净能量可以从高频（高能量）光波（泵浦）流向低频信号波，导致信号波的放大。在这里，我们证明了普通介质的这种限制可以通过使用适当的工程超材料来克服，这些材料在最近的过去已经实现了各种非凡的应用，这些应用是使用传统材料无法实现的，例如完美的透镜，隐形斗篷和被困的彩虹。我们介绍了一个蓝图的磁性超材料，使，在一个完全线性的方式，相干和建设性的主动功率流从一个光波到另一个（第二）光波。
2013-01-25 physics.optics
Near-field enhancement and imaging in double planar polariton-resonant structures
结果表明，具有表面模式（极化激元）共振的两个耦合的平面材料片的系统可以用于倏逝场恢复的目的，因此，用于亚波长近场成像。将板放置在自由空间中，使它们平行并分开一定距离。由于片的谐振表面模式（极化激元）的相互作用，可以实现通过系统的渐逝平面波的振幅的指数增长。这种效应以前曾被预测为后向波（双负或Veselago）平板透镜。这里考虑的替代系统被证明是可实现的，在微波的网格或阵列的共振粒子。共振网格和粒子的必要的电磁特性的研究和建立。理论结果得到了微波实验的支持，证明放大的倏逝模。
2003-11-18 physics.optics
Sub-wavelength focusing meta-lens
我们表明，具有空间可变元原子参数的平面等离子体超材料可以将透射光聚焦到位于超材料近场之外的亚波长热点中。通过纳米结构化金膜，我们创建了一个超透镜阵列，当被800 nm的波长照射时，产生直径为160 nm（0.2λ）的焦点。我们把亚波长热点的出现归因于超振荡现象。
2012-11-07 physics.optics
Negative index of refraction, spacetime folding and perfect imaging in transformation optics
负折射率已经成为变换光学的一个公认部分，这是在改变流形方向的变换中遇到的。基于这一概念，人们提出了各种完美透镜的设计，它们都依赖于空间或时空的折叠，其中从电磁空间到实验室空间的映射是多值的。最近，Leonhardt和Philbin提出了一种新的完美成像概念，它也使用多值映射，但既不包括负折射率，也不包括渐逝模的放大。在这种情况下，据推测，多值映射应被视为完美成像的基础，而不是放大倏逝模式。从这个角度来看，基于负折射率的标准镜片可能是有用的。在本文中，我们表明，一个负折射率不是一个固有的特性的变换光学，而是出现作为一个特定的选择的一个符号的歧义。此外，我们指出，变换设计的透镜不放大倏逝模，与Pendry-Veselago透镜。相反，像点处的倏逝模由复制源产生，因此不发生近场的成像。
2009-12-14 physics.optics
On the possibility of superluminal energy propagation in a hyperbolic metamaterial of metal-dielectric layers
研究了电磁场能量在由介质层和金属层组成的一维光子晶体有效介质中的传播。当电场平行于介质层和垂直于介质层时，介质的行为分别类似于Drude介质和Lorentz介质。对于任意时变电磁场，导出了该介质中的能量密度公式。我们严格证明了任何服从双曲色散的传播模式的群速度必须慢于真空中的光速，考虑到介电常数张量的频率依赖性。也就是说，它是不可能有超光速传播在这种色散双曲介质组成的实际电介质和金属材料层。数值计算了波包的传播速度。该包速度非常接近具有波包的中心频率和中心波矢量的传播模式的速度。当波包的频率扩展不够窄时，这两个速度之间的差异很小，这是由倏逝模的非穿透效应引起的。这一工作揭示了在由真实材料构成的色散各向异性超材料介质中不可能发生超光速现象。
2017-12-28 physics.class-ph physics.optics
Termination-Driven Control over BIC Q-Factors and Frequencies in Plasmonic Double Net Metamaterials
本文揭示双网端接方式对等离子体双网超材料中准BIC模式谐振频率和品质因子的关键调控作用，通过对比两种端接极限并引入含倏逝体态的散射新方法，为相干光产生等应用提供工程设计原理。
2025-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Vacuum as a hyperbolic metamaterial
正如Eddub所证明的那样，真空在强磁场中的行为类似于II型超导体中的周期性Abrikosov涡旋晶格。我们研究了这种状态下真空的电磁行为。由于超导只能沿磁场轴方向实现，因此观察到真空介电张量的各向异性。张量的对角分量在垂直于磁场的x和y方向上为正，在沿磁场的z方向上为负。因此，真空表现为双曲超材料介质。如果磁场是恒定的，低频非常光子经历这种介质作为（3+1）闵可夫斯基时空，其中时间的作用是由空间z坐标。磁场的空间变化使有效时空弯曲，并可能导致“事件视界“的形成，这类似于双曲超材料中的电磁黑洞。我们还注意到，双曲超材料的行为作为无衍射的“完美透镜”。由于在早期宇宙的演化过程中可能产生了足够大的磁场，早期真空的双曲线行为可能在当今宇宙的大尺度结构中留下了印记。
2011-08-10 gr-qc hep-th physics.optics
Anisotropic subwavelength grating perturbation enables zero crosstalk in a leaky mode
Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
本研究针对泄漏模式串扰强、不利于光子电路高密度集成的问题，利用亚波长光栅超材料的各向异性微扰实现零串扰，实验验证其串扰比传统条形波导低约40 dB，耦合长度延长约100倍，为电磁耦合调控提供了新途径。
2022-10-17 physics.optics
Physical Design and Experimental Verification of a Huygens' Metasurface Two-lens System for Phased-array Scan-angle Enhancement
在过去的几十年里，许多天线罩的设计，以扩大相控阵天线的角扫描范围已经设计出利用介电材料和超材料。最近，诸如平面透镜和光束偏转器的超表面技术已经应用于相控阵列，使得扫描角增强器能够具有低轮廓。在这项工作中，一个物理惠更斯超颖表面（HMS）双透镜系统的扫描角倍的相控阵列。对于HMS单元，部署线环拓扑以实现所需相位角偏移的高传输。通过全波仿真和实验对所提出的双透镜系统进行了分析。仿真结果表明，当入射角小于15°时，扫描角可增加一倍，满足设计要求。此外，折射光束的方向性退化的双HMS透镜是符合理论。最后，在10 GHz下，实验验证了具有两个15 λ长× 15λ宽的超颖表面透镜和16{ \times }16单元贴片天线阵列作为源的双透镜系统。实验结果与模拟结果吻合较好，在{ \pm }2°扫描误差下，显示出倍角性能。
2022-11-02 physics.app-ph physics.optics
Overcoming limits to near-field radiative heat transfer in uniform planar media through multilayer optimization
均匀平板间的辐射换热受表面波作用范围窄、贡献小的限制。使用分析计算和基于数值梯度的优化相结合，我们表明，这样的限制可以克服复杂的多层几何形状，允许板共振的散射和耦合率在很宽的范围内的倏逝波矢量被改变。我们的结论是，虽然两个不均匀的平板之间的辐射通量只能微弱地增强，偶极粒子和不均匀的平板之间的通量-成比例的局部状态密度-可以是更大的数量级，虽然在增加频率选择性的代价。对双曲型超材料的简要讨论表明，它们提供的增强远远低于优化的非均匀平板。
2017-05-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Natural van der Waals canalization lens for non-destructive nanoelectronic circuit imaging and inspection
针对传统光学检测分辨率不足、AFM无法分辨亚表面特征的问题，提出基于天然双轴α-MoO3晶体的范德华隧穿透镜方法，整合暗场散射光学与AFM优势，实现15nm分辨率的表面及埋层结构成像，助力下一代半导体制造。
2025-02-13 physics.optics
