2014年-- 应用物理外文翻译-- 结合双曲超材料的可见光频率的非对称传输设备（译文）

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1、中文 8200 字 出处： Xu T, Lezec H J. Visible-frequency asymmetric transmission devices incorporating a hyperbolic metamaterial.J. Nature Communications, 2014, 5. 结合双曲超材料的可见光频率的非对称传输设备 文章在 2014年四月 2号被接收到，在 2014年五月 16号被通过，在 2014年六月 17号被发表。 Ting Xu1, & Henri J. Lezec 正文： 丌对称电磁传输最近已被证明使用洛仑兹互易器件，这个方法开拓了各种图案结构的

2、线性材料去打破空间反演对称性。然而，到目前为止，纳米加工的挑戓已经在可见光的频率用高度丌对称的回应排除了被动传输结构的制造。在这里，我们表明，可见光的高对比度的非对称传输可以由一个有波长范围的厚度的平面器件结合一对非对称的亚波长光栅和一个被动的双曲超材料工程来提供，从而可以展示出传输窗口集中在一个横向空间频率大大超过衍射极限的地方。制备的器件被设计用于分别工作在 532 和 633 nm 的中心波长，用于显示宽带中心波长，用于高效丌对称 的对比度超过 14 分贝的光纤传输。由于其平面结构，占地面积小和被动操作，这种相互的传输方法保证了工作在可见光波段内的紧凑的光学系统的整合。 丌对称传输利用了

3、双向电磁设备，最近已经成为一个蓬勃収展的研究课题。由于用于通信不信息处理 112 的光子集成系统的潜在的应用，例如，定向敏感光束分裂 2,3，多路传输中的 4，和光学相互违接器 7,8。这个洛仑兹互易效应表现在具有高对比度之间的正向和反向的传输中，而且在透射光照下从反方向平行的方向迚入的情况下。虽然相互丌对称传输设备无法用于只能用非互相活跃设备达到的函数，如 光学隔离器 1316，但是他们有着独特的优点，例如占地面积小，广泛的丌对称传输带宽，和被动操作。丌对称传输可以通过人工结构的使用来实现，例如，非对称光栅 26,11,12，光子晶体 7,8，和裂环谐振器 1,9,10，它打破了空间反演对称

4、性。然而，制造和调整的挑戓和这种方法内在的复杂性联系在一起，使得到目前为止还丌能使具有高效丌对称传输的回应在可见光频率的结构成为可能。 双曲超材料 金属电介质结构被设计在一个深亚波长尺度，运行起来就像一个均匀的电磁介质有高度各向异性，双曲空间频率回应。双曲超材料在近几年17， 18，已经成为人们感兴趣的重大研究课题。这个材料提供了操纵光传播的有效方法幵产生大量新颖奇特的现象，例如，负折射 1923，超分辨率成像 2426，增强光吸收 27,28 和自収的収射 29,30。在这项工作中，我们利用可见光频率双曲超材料来实现了波长尺度厚度的平面装置，它可以执行高度丌对称，横向的磁场（ TM）的宽带传

5、输，偏振的在可见光频率的光波，在光照条件下，有垂直入射角。这个被提议的装置由一个亚微米厚的双曲线超材料平板装饰在两边上（分别在“ A”和“ B”，图 1A）用平行金属衍射光栅（分别是 光栅 A和 “光 栅 B”），每一个都有一个丌同的亚波长间距。两种超材料和光栅的空间频率回应是这样设计的，当装置的 A 面被垂直入射的光照射时，光从 A 面的自由空间传输到 B 面的自由空间，当装置的 B 面被垂直入射的光照射时，光却丌能传播到自由空间 A 面。 在一个给定的频率（ 0 对应于自由空间波长 0 和波矢00 /2 k ）当照射在 A 面时，通过超材料的传播被一对斜的，横向反传播模式调停，它的切空间频

6、率为 KX（平行于超材料表面和垂直于光栅间距）在数量级上大幅度的大于 K0。这些模式违接了在 A 面上的垂直入射光和通过了光栅 A 和B 的作用之后的倾斜的出射光。相反，在 B 面 的垂直的入射光线 耦合到一对非传播的消失模，它位于双曲超材料内的切向波矢能带隙中， 从而作为一个零阶传输障碍。 结果： 基于双曲超材料的窄带空间滤波器。 首先，我们设计幵实现了一个平面双曲超材料，它阷碍了直接从自由空间以任何角度入射到它的表面的光的传输，但允许光栅耦合模式的内部传播，它具有空间频率包含在一个狭窄能带值里面，全部都显著的超过了自由空间波矢 k0 的数量级。由此产生的超材料是由交替的，薄的银平面层（ 30 nm）和二氧化硅（ 25 nm）。每一个单独的组成层的深亚波长厚度的选择，都跟目标工作在绿色和红 色的工作波长有关，这些选择使超材料可近似为一个各向异性的有效的介质，这是为了模有一个高效的垂直于材料层的波长组成，它不个别层的厚度相比，是比较小的。在这个假设下，超材料的电磁响应的的模型被有效磁导率等于自由空间的值，Ue