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利用米氏共振介电超表面操控铕离子（Eu3?）的磁偶极辐射
摘要： 米氏谐振高折射率介质纳米颗粒与超表面被提出可作为增强荧光发射体电偶极与磁偶极跃迁的有效平台。虽然此类介质纳米颗粒对电偶极跃迁的增强效应已获实验证实，但磁偶极跃迁的情况仍鲜有研究。本研究通过由米氏谐振硅纳米圆柱构成的介质超表面，探究了兼具电主导与磁主导偶极跃迁的Eu3?离子自发辐射增强现象。通过在超表面涂覆掺杂Eu3?的聚合物层，我们观测到与电偶极跃迁（610 nm处）及磁主导偶极跃迁（590 nm处）相关的Eu3?发射增强。该增强因子系统性地取决于原子跃迁与米氏谐振的光谱邻近度及其多极阶数（由纳米圆柱半径调控）。值得注意的是，通过精心设计超表面可调节电/磁跃迁通道的发射分支比——当圆柱半径约130 nm时，磁偶极跃迁的增强效果超过电偶极跃迁。基于互易原理的数值模拟验证了我们的观测结果。该发现为基于磁跃迁的明亮纳米光源开辟了新途径。
关键词： 珀塞尔增强效应、介电超表面、米氏共振、磁偶极辐射
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于晶体硅高对比度光栅的超表面偏转透射光束
摘要： 介电超表面因其在光学和红外波段实现高效波前控制的成功而迅速兴起并扩展。然而，现有器件要么采用硅等高折射率半导体在近红外波段工作，要么使用TiO?或Si?N?等低折射率介电材料在可见光波段运行以避免介电损耗。介电超表面似乎无法同时兼顾高折射率与高器件效率。本研究提出一种晶体硅超表面方案，可在短至532纳米的波长下高效调制透射光束。该超表面的单元结构由高对比度光栅（HCG）构成，能在薄膜中为圆偏振入射光提供完整的2π相位调控。HCG偏转器的实验表明，该器件可实现与透明材料器件相当的高偏转效率。我们的成果为可见光波段基于晶体硅的功能化透射光束提供了新范式。
关键词： 介电超表面、高对比度光栅、衍射光学、晶体硅
更新于2025-09-23 15:19:57
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）——基于介质超表面的边缘检测实验验证
摘要： 超表面为光学信号处理及图像处理的类神经光学网络设计提供了独特机遇。在各类图像处理操作中，边缘检测是具有显微成像或自主系统等实际应用价值的基础算法之一。该技术通过滤除图像中强度均匀变化的平坦区域，仅保留强度突变处的边缘轮廓（如图1a所示）。在显微领域，边缘检测有助于识别细胞结构；而在汽车、无人机等自主系统中，光学边缘检测能减少车载计算的数据量，从而提升运算速度与安全性。迄今虽已有若干关于边缘检测超表面的理论研究，但尚缺乏实验验证。本研究通过介电超表面在米氏谐振光谱邻近区的空间色散效应（图1b），首次实验实现了边缘检测功能。实验证明，单个厚度仅数百纳米的超薄硅基超表面无需任何附加光学元件和后续计算处理即可完成边缘检测。
关键词： 米氏共振、光学信号处理、介电超表面、边缘检测
更新于2025-09-23 15:19:57
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全介质太赫兹超表面中的可调谐连续态束缚态
摘要： 本文提出并理论验证了一种由单元结构中分裂间隙条组成的可调谐太赫兹介质超表面。通过打破单元结构面内对称性激发连续体中的准束缚态（准BIC），可实现尖锐的高品质法诺共振。随着结构不对称参数减小至消失，计算得到的本征模光谱显示共振从法诺模式转变为对称性?；さ腂IC模式，且辐射品质因数遵循平方反比定律。此外，结合单层石墨烯和钛酸锶材料，可独立调控准BIC法诺共振——通过调节石墨烯费米能级控制共振幅度，通过控制钛酸锶材料温度调节共振频率。该结构在调制器、开关和传感器等可调谐器件领域具有广泛应用前景。
关键词： 石墨烯、可调谐、连续体中的准束缚态、太赫兹、介电超表面
更新于2025-09-19 17:13:59
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用于非对称偏振产生的自旋解耦多功能超表面
摘要： 将多种功能集成于单一器件是超表面领域的前沿方向。其中极具潜力的是通过正交偏振波同步相位控制实现的偏振依赖型超器件。潘查拉特南-贝里（PB）超表面因其对不同圆偏振波天然且稳健的相位调控能力备受关注，但其相位响应始终相互锁定，导致圆偏振入射时功能相互关联。本研究在太赫兹频段提出基于透射式介质超表面的通用设计方法——通过几何相位与动态相位耦合实现自旋解耦相位调控，从而打破这种关联性。我们通过设计并表征一种高效多功能超光栅验证该方法：在正入射条件下能将不同圆偏振波分离至非对称角度。更重要的是，基于此方法设计了多种复用超光栅用于非对称偏振生成应用，可将任意线偏振波转换为两束强度近乎相等的线偏振波，并以偏振不敏感的高效率分离至非对称角度。该设计策略展现出卓越的鲁棒性与灵活性，为多功能超表面器件设计开辟新途径，同时为偏振态调控及超表面在波束偏转、偏振复用系统中的应用提供新思路。
关键词： 多功能、介电超表面、非对称偏振产生、自旋解耦相位控制、太赫兹
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于混合介质超表面的超窄带中红外完美吸收器
摘要： 基于超材料的中红外完美吸收器（PAs）因具有强烈的光-物质相互作用，在材料分析和光谱检测中具有广泛应用。大多数PAs采用"金属纳米结构-绝缘体-金属"（MIM）结构。本文提出一种基于介质超表面与金属薄膜衬底的超窄带吸收器，其吸收源自金属薄膜中的等离子体吸收效应，而介质超表面的超腔效应可增强该吸收（同时压缩吸收带宽）。数值计算表明，在8微米波长处半高全宽（FWHM）可达67纳米（占共振波长的8‰），比共振波长小两个数量级以上，且远窄于MIM吸收器的理论FWHM值。此外，我们研究了其在红外热成像中的应用优势，相比MIM吸收器表现更佳。这种混合介质超表面为在中红外波段实现超窄带完美吸收提供了新途径，可广泛应用于探测器、热发射器和生物光谱等领域。
关键词： 等离子体激元学、介电超表面、中红外、完美吸收器、传感
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 用于红外吸收光谱应用的全介质高Q值超表面
摘要： 中红外（mid-IR）光谱范围对生物体系的谱学研究至关重要，因其包含化学和生物分析物的特征吸收谱（即分子"指纹"），这些特征由化学键的振动模式及相应吸收带唯一决定。我们提出一种基于纳米光子学检测分子指纹的新方法，该方法采用成像技术实现无光谱仪操作，适用于分析复杂生物体系的微型化传感器设备。该技术的核心构建单元是像素化介电超表面，其中每个超像素单元被设计为在特定共振频率产生尖锐共振峰。每个超像素由特殊设计的锯齿形谐振器阵列构成，通过利用连续体束缚态原理实现高Q值共振。实验实现的超表面传感器通过检测重组蛋白A/G分子单层膜验证了其检测性能，该单层膜显示出特征性的酰胺I和酰胺II吸收带——表现为共振峰反射率衰减的特定区域。通过对比材料吸附前后所有超像素的总反射信号，可获得可用于化学特异性分子检测的独特条形码图案。重要的是，这种分子条形码方法在宽带照明和检测条件下运行，意味着无需光谱仪即可获取化学特异性信号。
关键词： 高Q值谐振、介电超表面、纳米光子学、分子编码、中红外、分子指纹
更新于2025-09-11 14:15:04