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Hyperbolic Metamaterial Devices for Wavefront Manipulation
Laser & Photonics Reviews ( IF 9.8 ) Pub Date : 2018-10-21 , DOI: 10.1002/lpor.201800081 Xiang Yin 1 , Hua Zhu 1 , Huijie Guo 2 , Ming Deng 1 , Tao Xu 3 , Zhijie Gong 4 , Xun Li 1 , Zhi Hong Hang 3 , Chao Wu 4 , Hongqiang Li 4 , Shuqi Chen 5 , Lei Zhou 2 , Lin Chen 1
Laser & Photonics Reviews ( IF 9.8 ) Pub Date : 2018-10-21 , DOI: 10.1002/lpor.201800081 Xiang Yin 1 , Hua Zhu 1 , Huijie Guo 2 , Ming Deng 1 , Tao Xu 3 , Zhijie Gong 4 , Xun Li 1 , Zhi Hong Hang 3 , Chao Wu 4 , Hongqiang Li 4 , Shuqi Chen 5 , Lei Zhou 2 , Lin Chen 1
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Metasurfaces have shown great potential to reshape the wavefront of electromagnetic (EM) waves, but transmissive meta‐devices face challenges of low‐efficiency and/or fabrication complexities. Here, an alternative approach to realize high‐efficiency transmission‐mode meta‐devices to control EM wavefronts, based on hyperbolic metamaterial (HMM) waveguides supporting tailored spoof surface plasmons (SSPs) on their side walls, is proposed. By manipulating the dispersions of SSPs through adjusting the HMM geometrical parameters, the phases of EM waves passing through such waveguides, which enables the design of meta‐devices with desired transmission‐phase profiles for particular wave‐manipulation applications, can be controlled. Microwave experiments are implemented to demonstrate two wave‐control effects based on the mechanism, that is, beam‐deflection and focusing, and a maximum conversion efficiency of 42.9% is achieved for the anomalous refracted beam. By scaling down the HMM meta‐devices, the proposal herein is applicable to optical frequencies and in principle promises significantly raised conversion efficiencies. The scheme herein can offer a higher effective refractive index and more tunable dispersion without using high‐index dielectric materials, and thus can serve as an effective and robust approach to make high‐efficiency transmissive meta‐devices with diversified functionalities.
中文翻译：
用于波前操纵的双曲超材料设备
超颖表面已显示出重塑电磁波（EM）波前的巨大潜力，但透射超颖设备面临效率低和/或制造复杂的挑战。在此，提出了一种替代方法，该方法基于双曲线超材料（HMM）波导在其侧壁上支持定制的欺骗性表面等离子体激元（SSP）的情况下，实现了用于控制EM波阵面的高效传输模式元设备。通过调节HMM几何参数来控制SSP的色散，可以控制通过此类波导的EM波的相位，从而可以设计出具有特定传输操纵特性所需的传输相位分布图的元设备。进行了微波实验，以演示基于该机理的两种波控制效果，即 光束偏转和聚焦，异常折射光束的最大转换效率达到42.9％。通过按比例缩小HMM元设备，此处的建议适用于光频率，并且原则上保证了转换效率的显着提高。本文中的方案可以在不使用高折射率介电材料的情况下提供更高的有效折射率和更可调的色散，因此可以用作制造具有多种功能的高效透射型元器件的有效而稳健的方法。
更新日期：2018-10-21
中文翻译：
用于波前操纵的双曲超材料设备
超颖表面已显示出重塑电磁波（EM）波前的巨大潜力，但透射超颖设备面临效率低和/或制造复杂的挑战。在此，提出了一种替代方法，该方法基于双曲线超材料（HMM）波导在其侧壁上支持定制的欺骗性表面等离子体激元（SSP）的情况下，实现了用于控制EM波阵面的高效传输模式元设备。通过调节HMM几何参数来控制SSP的色散，可以控制通过此类波导的EM波的相位，从而可以设计出具有特定传输操纵特性所需的传输相位分布图的元设备。进行了微波实验，以演示基于该机理的两种波控制效果，即 光束偏转和聚焦，异常折射光束的最大转换效率达到42.9％。通过按比例缩小HMM元设备，此处的建议适用于光频率，并且原则上保证了转换效率的显着提高。本文中的方案可以在不使用高折射率介电材料的情况下提供更高的有效折射率和更可调的色散，因此可以用作制造具有多种功能的高效透射型元器件的有效而稳健的方法。
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