2014年-- 應(yīng)用物理外文翻譯-- 結(jié)合雙曲超材料的可見光頻率的非對稱傳輸設(shè)備（譯文）

1、<p><b>　　中文8200字</b></p><p>　　出處：Xu T, Lezec H J. Visible-frequency asymmetric transmission devices incorporating a hyperbolic metamaterial.[J]. Nature Communications, 2014, 5.</p>&l

2、t;p>　　結(jié)合雙曲超材料的可見光頻率的非對稱傳輸設(shè)備</p><p>　　文章在2014年四月2號被接收到，在2014年五月16號被通過，在2014年六月17號被發(fā)表。</p><p>　　Ting Xu1, & Henri J. Lezec</p><p><b>　　正文：</b></p><p>　

3、　不對稱電磁傳輸最近已被證明使用洛侖茲互易器件，這個方法開拓了各種圖案結(jié)構(gòu)的線性材料去打破空間反演對稱性。然而，到目前為止，納米加工的挑戰(zhàn)已經(jīng)在可見光的頻率用高度不對稱的回應(yīng)排除了被動傳輸結(jié)構(gòu)的制造。在這里，我們表明，可見光的高對比度的非對稱傳輸可以由一個有波長范圍的厚度的平面器件結(jié)合一對非對稱的亞波長光柵和一個被動的雙曲超材料工程來提供，從而可以展示出傳輸窗口集中在一個橫向空間頻率大大超過衍射極限的地方。制備的器件被設(shè)計用于分別工作在

4、532和633 nm的中心波長，用于顯示寬帶中心波長，用于高效不對稱的對比度超過14分貝的光纖傳輸。由于其平面結(jié)構(gòu)，占地面積小和被動操作，這種相互的傳輸方法保證了工作在可見光波段內(nèi)的緊湊的光學(xué)系統(tǒng)的整合。</p><p>　　不對稱傳輸利用了雙向電磁設(shè)備，最近已經(jīng)成為一個蓬勃發(fā)展的研究課題。由于用于通信與信息處理1–12的光子集成系統(tǒng)的潛在的應(yīng)用，例如，定向敏感光束分裂2,3，多路傳輸中的4，和光學(xué)相互連接器7,

5、8。這個洛侖茲互易效應(yīng)表現(xiàn)在具有高對比度之間的正向和反向的傳輸中，而且在透射光照下從反方向平行的方向進(jìn)入的情況下。雖然相互不對稱傳輸設(shè)備無法用于只能用非互相活躍設(shè)備達(dá)到的函數(shù)，如光學(xué)隔離器13–16，但是他們有著獨特的優(yōu)點，例如占地面積小，廣泛的不對稱傳輸帶寬，和被動操作。不對稱傳輸可以通過人工結(jié)構(gòu)的使用來實現(xiàn)，例如，非對稱光柵2–6,11,12，光子晶體7,8，和裂環(huán)諧振器1,9,10，它打破了空間反演對稱性。然而，制造和調(diào)整的挑戰(zhàn)和

6、這種方法內(nèi)在的復(fù)雜性聯(lián)系在一起，使得到目前為止還不能使具有高效不對稱傳輸?shù)幕貞?yīng)在可見光頻率的結(jié)構(gòu)成為可能。</p><p>　　雙曲超材料——金屬電介質(zhì)結(jié)構(gòu)被設(shè)計在一個深亞波長尺度，運行起來就像一個均勻的電磁介質(zhì)有高度各向異性，雙曲空間頻率回應(yīng)。雙曲超材料在近幾年17，18，已經(jīng)成為人們感興趣的重大研究課題。這個材料提供了操縱光傳播的有效方法并產(chǎn)生大量新穎奇特的現(xiàn)象，例如，負(fù)折射19–23，超分辨率成像24–26

7、，增強光吸收27,28和自發(fā)的發(fā)射29,30。在這項工作中，我們利用可見光頻率雙曲超材料來實現(xiàn)了波長尺度厚度的平面裝置，它可以執(zhí)行高度不對稱，橫向的磁場（TM）的寬帶傳輸，偏振的在可見光頻率的光波，在光照條件下，有垂直入射角。這個被提議的裝置由一個亞微米厚的雙曲線超材料平板裝飾在兩邊上（分別在“A”和“B”，圖1A）用平行金屬衍射光柵（分別是'光柵A'和</p><p>　　“光柵B”），每一個都

8、有一個不同的亞波長間距。兩種超材料和光柵的空間頻率回應(yīng)是這樣設(shè)計的，當(dāng)裝置的A面被垂直入射的光照射時，光從A面的自由空間傳輸?shù)紹面的自由空間，當(dāng)裝置的B面被垂直入射的光照射時，光卻不能傳播到自由空間A面。在一個給定的頻率（對應(yīng)于自由空間波長和波矢）當(dāng)照射在A面時，通過超材料的傳播被一對斜的，橫向反傳播模式調(diào)停，它的切空間頻率為±KX（平行于超材料表面和垂直于光柵間距）在數(shù)量級上大幅度的大于K0。這些模式連接了在A面上的垂直入射

9、光和通過了光柵A和B的作用之后的傾斜的出射光。相反，在B面的垂直的入射光線</p><p>　　耦合到一對非傳播的消失模，它位于雙曲超材料內(nèi)的切向波矢能帶隙中，</p><p>　　從而作為一個零階傳輸障礙。</p><p><b>　　結(jié)果：</b></p><p>　　基于雙曲超材料的窄帶空間濾波器。</p&g

10、t;<p>　　首先，我們設(shè)計并實現(xiàn)了一個平面雙曲超材料，它阻礙了直接從自由空間以任何角度入射到它的表面的光的傳輸，但允許光柵耦合模式的內(nèi)部傳播，它具有空間頻率包含在一個狹窄能帶值里面，全部都顯著的超過了自由空間波矢k0的數(shù)量級。由此產(chǎn)生的超材料是由交替的，薄的銀平面層（30 nm）和二氧化硅（25 nm）。每一個單獨的組成層的深亞波長厚度的選擇，都跟目標(biāo)工作在綠色和紅色的工作波長有關(guān)，這些選擇使超材料可近似為一個各向異性

11、的有效的介質(zhì)，這是為了模有一個高效的垂直于材料層的波長組成，它與個別層的厚度相比，是比較小的。在這個假設(shè)下，超材料的電磁響應(yīng)的的模型被有效磁導(dǎo)率等于自由空間的值，Ueff=1建立，一個對角的復(fù)雜的有效介電常數(shù)張量</p><p><b>　　已知和</b></p><p>　　都是各自的復(fù)介電常數(shù)的組成部分，對于傳播場組成部分垂直和平行于各向異性軸（在這里軸垂直于材料

12、層）。</p><p>　　小字部分： 圖像1 雙曲超材料由相互交替的銀和二氧化硅薄層組成。（a）銀/二氧化硅超材料裝置示意圖。（b）EMT來源的有效介電常數(shù)和對于超材料銀的填充比率f=0.54。銀和二氧化硅的折射率分別是refs 36,37。（c）EMT導(dǎo)出該銀/ 二氧化硅超材料的色散關(guān)系，當(dāng)=532 nm,=633 nm,對于TM波偏振化。陰影區(qū)域代表雙曲超材料的光學(xué)帶隙。</p><p

13、>　　接上：使用有效的介質(zhì)理論（EMT)31,和是（圖1b）為了TM偏振的具體情況計算的（這里定義為偏振具有平行于該層的平面磁場取向），其中和，其中和分別是銀還有二氧化硅的介電常數(shù)，而f是銀的填充率。讓f=0.54,產(chǎn)生了相反的現(xiàn)象，對于和貫穿于可見光區(qū)域。然后我們分析在超材料中TM波偏振平面波以任意角度的傳播。選擇一個笛卡爾直角坐標(biāo)系取向，讓材料層的平面平行于X-Y平面，并讓入射平面波的波矢量位于x-z平面，有效介質(zhì)的色散關(guān)系被

14、一下這個式子定義：，其中和是復(fù)波矢k的橫向和垂直分量的復(fù)振幅。因為并且，介質(zhì)是由雙曲等頻率曲線決定（圖1C）只允許波矢滿足這個條件的模式傳播。其中代表截止橫向空間頻率。橫向波矢位于帶隙中的模式，在Z方向逐漸衰減。垂直于材料層的衰減長度是被這個式子給出發(fā)布在各層的平面均勻相位模式。自由空間波長=532和633 nm，各自的衰減長度是l=420和385 nm 表示出一個對于超材料的厚度選擇是d=550 nm 對于實際上完全阻斷這樣一個模式是

15、足夠的。圖2a展示了電磁場傳播系數(shù)的數(shù)量級，，在一個550 nm厚的超材料堆中有20個互相交替的銀層（30nm）和二氧化硅（25nm</p><p>　　小字部分：圖像2 | 銀/二氧化硅超材料的非對稱光學(xué)傳輸?shù)臄?shù)值模擬。(a和b) 用TMM計算的數(shù)量級（對數(shù)標(biāo)度）在電磁場傳輸中的系數(shù)，，是在一個由10個獨立的雙層銀（30nm)和二氧化硅(25nm)組成的超材料層由TM偏振光得來的。在a圖的中灰色的虛線代表的是光

16、柵矢量（左）和（右）分別對于裝置１和裝置２。在圖ｂ中的灰色虛線代表的是光柵矢量（左）和（右）分別對于裝置１和裝置２。對應(yīng)的光柵間距是和（裝置１），和（裝置２）。綠色和紅色的箭頭闡明了一個沿著（ａ）Ａ面到Ｂ面和（ｂ）Ｂ面到Ａ面的方向的垂直入射平面波的光柵輔助耦合和傳輸過程。（ｃ，ｄ）以任意時間的磁場（線性標(biāo)度）的ｙ－組成部分的ＦＤＴＤ－模擬幅度，對于裝置１用一個ＴＭ偏振平面波來說明，＝５３２?。睿韺Γǎ悖粒剑潞停ǎ洌拢剑?。底部

17、和頂部的光柵的周期分別是２００　ｎｍ和２８０?。睿怼?lt;/p><p>　　接上：當(dāng)取得很大的值時，垂直的波矢的實部，也會很大，（跟雙曲色散是一致的）沿著ｚ方向的有效波長會比得上單獨的銀層或者二氧化硅層厚度。在ｋ空間的以上這一個觀點，EMT的均質(zhì)超材料近似分解，材料可能需要多層散射器的特性，它在阻斷傳播是有效的因為其密度高的分散的金屬反光。金屬電解質(zhì)層的光學(xué)透射率的基本演變可以作為的一個函數(shù)，包括了傳輸帶的形成，都

18、可以通過電磁場的的分布的數(shù)值時域有限差分法（ＦＤＴＤ）模擬來進(jìn)一步了解（圖１的補充說明）。</p><p>　　圖２ａ從而說明了在ｋ空間中一個清楚的傳輸帶的形成，在這里定義取值范圍，，在這之上（和各自表示的是低一點的和高一點的能帶位置）。對于能帶的性質(zhì)有寬度和中心位置，這兩個都是自由空間波長函數(shù)的相關(guān)常數(shù)。例如，和，從ＴＭＭ的計算結(jié)果中得出各自更低的傳輸帶邊緣值和，這很接近的匹配了那些用ＥＭＴ近似（圖１ｃ）計算的

19、截止點頻率。對應(yīng)的更高的傳輸帶邊緣位置可以各自用ＴＭＭ在和這兩個波長來計算。</p><p>　　通過光柵耦合超材料的非對稱傳輸。為了實現(xiàn)非對稱的光學(xué)傳輸，我們開發(fā)了超材料可以阻止零階傳播和只傳輸有很大橫向波矢的值的波，而且它們位于一個狹窄的空間頻率波段里面的能力。雖然超材料本身在任何給定的方向都是雙向互通的維持傳播的，但是自由空間平面波的不對稱傳播能夠通過加一個對稱破缺的金屬光柵到超材料的表面來實現(xiàn)，這會跟在超

20、材料里面的模式通過逐漸的進(jìn)場耦合相互作用。考慮一塊夾在平行光柵A和B（圖2a,b的插圖）的雙曲超材料，平行光柵有各自的間距和和基本的倒格矢大小在各自的數(shù)量級和中。被選擇為一對垂直入射光，它進(jìn)入到金屬電解質(zhì)層中變成了傳輸波，它有一個橫向的波矢，坐落在超材料的傳輸帶里面。然后被選擇為在光柵B產(chǎn)生耦合過程的值，去同時滿足兩種情況，這兩種情況是不對稱傳輸裝置要求的。首先，為了使從A面穿過超材料到達(dá)B面的出射光發(fā)生耦合，（有切向的波矢），必須滿足

21、這個條件。第二，為了防止從B面垂直入射光在超材料里面的傳輸，被選為一種在超材料避免耦合的傳播模式，用基本的或者高階相互光柵矢量的方法通過禁止動量的轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)。考慮到在超材料中單個傳輸帶的k空間的位置，這個能夠通過同時滿足約束和來實現(xiàn)。我們注意</p><p>　　我們設(shè)計兩個不對稱的傳輸裝置，一種是為了操作在（裝置1），另一種是為了操作在（裝置2），兩個都和一個550nm厚的銀/二氧化硅雙曲超材料的平板結(jié)合在一起

22、。遵循我們之前已經(jīng)討論過的耦合規(guī)則，光柵A還有B的間距各自設(shè)為和（裝置1），還有和（裝置2）。從A面到B面的傳輸過程在圖2a展示出來，這是對于兩個裝置而言的（綠色的箭頭代表進(jìn)去還有出來耦合的裝置1的情形，紅色的箭頭代表的是在裝置2中對應(yīng)同樣的過程）。這里解釋一下目的，我們集中精力在通過裝置1的傳輸機(jī)制上，當(dāng)A面被以垂直入射入射的波長是的平面波照射，它跟指定的操作波長是匹配的。光柵A通過基本的光柵波矢（被右邊方向的綠色箭頭說明）的作用讓入

23、射光在超材料中耦合，這樣會產(chǎn)生一對兩個，傾斜的，對稱的，橫向的反向傳播模式，它有各自的橫向的波矢的實部成分，它會在超材料中的傳輸帶下降，。這兩種模式傳播到超材料的另一面，它們通過光柵B的基本光柵波矢作用（被左邊方向的綠色箭頭說明）進(jìn)行輸出耦合進(jìn)入到自由空間，產(chǎn)生了一對對稱的，橫向反向傳播的平面波，它有一個切向的波矢，對應(yīng)于相對于垂直方向的傳播角度（產(chǎn)生了周期是350nm的干涉條紋垂直于裝置的平面）。</p><p&g

24、t;　　對于兩個裝置中，阻止從B面到A面的傳播的過程在圖2b展示出來。為了說明的目的，我們集中精力于裝置1 主體在B面被波長是的波照射的情形。在假設(shè)垂直入射的條件下，基本的光柵矢量低于更低的能帶邊緣，因此是不可以把入射光耦合超材料的傳輸帶上的。此外，二階的光柵波矢（潛在而又顯著的存在于有直角截面的光柵的自由頻率的分解當(dāng)中）也是不可能把入射光耦合到超材料的傳播模式當(dāng)中，因為它超越了更高的傳輸帶的邊緣，。因此，從圖2b我們可以很清晰的看出，

25、從B面垂直入射的輸入耦合要成為超材料的傳播模式的壓制很大一部分取決于對于的傳輸帶的形成，在區(qū)間的中間超過一個帶寬小于。正如之前提到的那樣，這樣一個能帶是不可以只通過一個理想的雙曲超材料來實現(xiàn)的（因為這樣一個材料能維持任意大的的值得傳播）；在的范圍內(nèi)禁帶的形成是均勻介質(zhì)近似不成立的直接結(jié)果，因為在超材料中的有效波長與為金屬/電介質(zhì)堆選擇的互不關(guān)聯(lián)的材料層厚度相比不可忽略。確實，TMM計算（圖2補充說明）揭露了更高的傳輸能帶邊緣的位置，，是

26、一個有關(guān)于銀/二氧化硅雙層厚度，(以一個對于銀的固定的填充率，以一個固定的總的堆厚度550nm)的單調(diào)遞減的函數(shù)，當(dāng)更低的能帶邊</p><p>　　上面已經(jīng)勾勒過的為了實現(xiàn)不對稱傳輸使用雙曲超材料空間濾波器還有兩個光柵的結(jié)合的設(shè)計方法，它在不同的時期都被用FDTD方法的完整的電磁模擬所證實。圖2c,d代表了由裝置1被TM偏振平面波照射所得出的磁場的y-組成部分的模擬出來的振幅值，它們都是各自從A面和B面垂直入射

27、。單獨的組成部分的材料層厚度（銀：30 nm；二氧化硅：25 nm）和總的超材料的厚度（550 nm）正如在圖1b,c和圖2a,b中用TMM計算出來的一樣。光柵A和B是在一個不透光的50 nm厚的鉻膜中形成，有70 nm 寬的正方形開口，周期是和跟圖2a,b的設(shè)定是一樣的。當(dāng)光從A面入射到裝置1，它就會被光柵A耦合到超材料中，然后通過超材料傳播，接著被光柵B耦合到超材料的外面，以上的每一步（圖2c）都伴隨著顯著的磁場振幅，在B面的遠(yuǎn)場產(chǎn)

28、生了一個強度傳輸系數(shù)。進(jìn)一步的TMM計算表明在超材料中電磁波在（對應(yīng)于基本光柵波矢的數(shù)量級）的內(nèi)部的吸收損耗在垂直于材料層平面超過550nm這個距離大約是-4dB，這意味著總的用FDTD計算的插入損耗對應(yīng)于現(xiàn)在的裝置設(shè)計是由組合光柵輸入和輸出耦合效率大約-10dB支配的。磁場干涉條紋的周期是3</p><p>　　在平面波以垂直入射的方式照射下，對于裝置的FDTD模擬表明，透射場是獨立于X的橫向位置的（那就是，沿

29、著平行于超材料層的平面的方向）。因此，裝置的不對稱傳輸?shù)膱?zhí)行是獨立于在兩個光柵之間的本地的橫向的相移。（它由于不相似的光柵周期，作為一個關(guān)于X的函數(shù)發(fā)生變化），這是一個在亞波長值和在超材料堆中有橫向的均勻性質(zhì)的關(guān)于光柵間距的聯(lián)合作用結(jié)果，這提供了它在空間濾波器中的性質(zhì)，平移不變性（包括零階傳輸阻斷）。這里是嚴(yán)格橫向光柵校正規(guī)則的確實，例如日期的要求，舉例說明一下，對于以自由空間耦合光柵組合5,11為基礎(chǔ)，太赫茲或者是紅外范圍的高對比度不

30、對稱傳輸?shù)南到y(tǒng)能讓在亞微米規(guī)模的被要求在可見光頻率操作的直接的裝置制造成為可能。此外，進(jìn)一步的TMM計算（圖2補充說明）表明超材料完全阻斷了TE-偏振光（相對于材料層的平面，具有平面外的磁場）TE-偏振光是被衍射進(jìn)入復(fù)合層的，對于所有的橫向波矢的值。特別的是，這意味著小角度的校正錯誤在一個給定光柵方向和在那個光柵的光入射的偏振化之間將不會顯著的影響正向-到-反向傳輸對比度。這跟光柵-偏振片-基礎(chǔ)的不對稱傳輸裝置6相違背，因為一個高傳輸對

31、比度是有很大一部分取</p><p>　　在可見光頻率的實驗演示。光柵-耦合的超材料設(shè)計由于以上的原因被持以樂觀的態(tài)度，在對于在空氣中的不對稱操作（裝置1）和（裝置2），這個設(shè)計在兩個使用一個氮化硅薄膜作為起始的襯底的獨立的裝置的形成中被制造出來。（看對于制造過程中的細(xì)節(jié)的方法）。一個濺射沉積還有聚焦離子束（FIB）碾磨的結(jié)合被用來制作一個550 nm厚的銀/二氧化硅，多層超材料核心（包含了交替的銀層還有二氧化硅

32、層，各自的目標(biāo)厚度是30 nm和25 nm），軸承著背靠背的的平行的補釘，面對空氣的周期性的表面光柵被施以50 nm厚的坐落于超材料的兩邊的鉻膜，正如圖3a所示（各自表示A面和B面，是設(shè)計好的在垂直入射光的條件下，高透過率的方向）。</p><p>　　小字部分：圖3|通過光柵耦合的超材料裝置的不對稱光學(xué)傳播的實驗演示</p><p>　　被制造出來的實驗裝置1的掃描電子顯微鏡圖像，被FI

33、B碾磨的橫截面解釋了超材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。左邊的插圖，從頂部的鉻光柵的掃描電子顯微鏡圖像我們可以看到周期是280 nm（橫向的尺寸：）。郵編的插圖，底部的鉻光柵的掃描電子顯微鏡圖像有200 nm的周期（橫向的尺寸跟頂部光柵的完全一樣）。(b和c)被測量的向前和向后的傳輸強度各自對應(yīng)于裝置1(b)和裝置2(c)在=532 nm 和=633 nm。入射照明包含了垂直入射的TM-偏振超連續(xù)光，它在中心波長532 nm（裝置1），和633 nm（裝

34、置2）是帶通濾波的（帶寬：10 nm）。在設(shè)定的操作波長正向和反向傳播的情況下，插圖是裝置1和裝置2的出口方的光學(xué)顯微鏡圖像。</p><p>　　接上：固定的孔徑寬度（≈70 nm）和被制造出來的光柵的可變的周期被選為跟那兩個被優(yōu)化的設(shè)計相匹配（那就是和在裝置1的情況下，和在裝置2的情況下）。為了表征他們各自的光學(xué)工作特性，裝置1和2被TM-偏振波，帶通濾波的超連續(xù)激光（10 nm半高全寬）照射，在中心波長分別

35、是（裝置1）和（裝置2）。傳輸光被一個有著物鏡（數(shù)值孔徑=0.9）的倒置的光學(xué)顯微鏡和硅電荷耦合器件（CCD）攝像機(jī)收集并成像。</p><p>　　對收集到的正向和反向傳輸強度的窄帶光譜依賴性，和，在正規(guī)化到傳輸強度，他們在圖3b,c展示出來，這是對于每一個裝置，和對應(yīng)的相對于裝置出口表面的面光學(xué)圖像而言的。被測量的傳輸對比度在對于裝置1 是15.3dB，在對于裝置2是14.4dB，這兩個傳輸對比度確定了高對比

36、的不對稱光學(xué)傳輸。這些值與FDTD模擬預(yù)測的值相比略微低了一點（各自是35和34dB），可能是由于尺寸或者在制作裝置時與理想模型結(jié)構(gòu)相比結(jié)構(gòu)中的形態(tài)偏差。（比如在超材料堆中單獨的材料層的厚度或者是平坦度的偏差，這會被沉積的銀顆粒結(jié)構(gòu)影響）。圖3b的出口面的圖像展示了各自周期是≈350 nm（裝置1）和≈480 nm（裝置2）的干涉條紋跟理論計算和FDTD模擬吻合的很好，這證實了傳播光出現(xiàn)在遠(yuǎn)場是以49.5°角（裝置1）和41.

37、3°角（裝置2）橫向反向傳播的法則的形成為基礎(chǔ)的。</p><p>　　小字部分：圖4|制造出來的裝置的寬帶非對稱響應(yīng)。被測量的，穿過可見光光譜的，各自對應(yīng)于裝置1和裝置2的A-到-B和B-到-A強度傳輸系數(shù)。綠色和紅色的陰影意味著各自裝置的區(qū)域超過正向/反向傳輸對比度，，也就是高于10dB。</p><p><b>　　接上：討論</b></p>

38、;<p>　　雙曲超材料的平板被衍射光柵裝載后，可以使不只是在一個特定的波長，而是穿過一個相對比較寬的光譜范圍的高對比的不對稱傳輸成為可能。舉例來說，圖4各自繪出了正向和反向強度傳輸系數(shù)和對于裝置1和裝置2，這兩個強度傳輸系數(shù)可以作為自由空間波長的一個函數(shù)。波長的跨度對應(yīng)于傳輸對比度分別是，對應(yīng)于裝置1是83 nm（覆蓋了波長范圍508-590 nm），對應(yīng)于裝置2是117 nm（覆蓋了波長范圍572-688 nm）。這意

39、味著對于每一個裝置一個分?jǐn)?shù)帶寬對于不對稱傳輸對比而言。以傳播超材料模式，這個對于光柵輸入和輸出耦合相對比較大的波長帶寬是被構(gòu)成的超材料空間頻率通帶保證的，它不單只對于的函數(shù)而言相對較寬，而且也跟的函數(shù)相對垂直（圖2a,b）。</p><p>　　對于從A到B的傳播，各自工作在設(shè)定好的波長和，對于裝置1和2的插入損耗（裝置的強度傳輸系數(shù)）分別是-23dB和-26.5dB。這些高插入損耗被認(rèn)為是由在超材料組成層中的內(nèi)

40、部的吸收和次優(yōu)輸入和輸出光柵耦合導(dǎo)致的。我們期望光柵耦合系數(shù)可以通過調(diào)整光柵的形狀得到顯著的提高從而最大限度的提高相對于高階光柵波矢成分的基本光柵波矢。從另一方面來講，吸收損耗，可能可以通過在超材料33-35的電介質(zhì)層中加入一個有源增益來得到補償。</p><p>　　雖然我們用實驗演示了不對稱光學(xué)傳輸在垂直入射平面波的情況，但是光柵耦合超材料裝置同樣也是在理論上可以加強不對稱傳輸，在一個關(guān)于垂直的寬的范圍的入射

41、角里，由于在雙曲超材料中有限的橫向空間頻率的傳輸帶寬，寬度≈?？紤]到入射角，從A面到B面的不對稱光學(xué)傳輸同時需要各自的輸入和輸出耦合條件，和。滿足不對稱傳輸?shù)臈l件下，這個系統(tǒng)的解決方案產(chǎn)生了入射的角度范圍和，這是相對垂直的情況，并且各自對于裝置1和裝置2而言的。</p><p>　　總而言之，我們已經(jīng)設(shè)計和實驗演示了一個被動的，與時間無關(guān)的基于超材料的裝置，這個裝置可以對可見光進(jìn)行高度不對稱的傳輸。寬帶不對稱傳輸

42、通過結(jié)合一個對于超過衍射限制的高空間頻率的有帶通濾波器功能的雙曲超材料，和一對可以在材料中進(jìn)行輸入耦合和輸出耦合傳播模式的，不對稱的，亞波長周期光柵來實現(xiàn)。由于它的平面結(jié)構(gòu)和較少的占用空間，這個不對稱傳輸超材料裝置的出現(xiàn)對于工作在可見光頻率的集成光學(xué)系統(tǒng)很有應(yīng)用前景。</p><p>　　方法：為了制造這個獨立的光柵修飾的超材料裝置，底部的鉻，銀/二氧化硅超材料和頂部的鉻層在隨后都通過在同一個濺射室進(jìn)行物理濺射，

43、從而沉積在氧化硅上面。對于鉻，銀和二氧化硅，濺射沉積率分別是，和。FIB碾磨（鎵+離子，30KeV）然后從膜側(cè)被用于本地轉(zhuǎn)移然后在鉻層的底部形成一個的光柵結(jié)構(gòu)。對超材料的全部厚度還有鉻層全層的參考比對標(biāo)記都在光柵結(jié)構(gòu)的底部附近被FIB碾磨形成圖案。最后，這個樣品被反轉(zhuǎn)然后另一個的光柵同樣被FIB碾磨到鉻層的頂部，是和底部以同樣的光柵方向和同樣的橫向位置制作的，</p><p>　　這可以從比對標(biāo)記來推斷。<