Ghost Waves in Anisotropic Materials: negative refractive index and evanescent field enhancement in lossless media
我们表明，具有强光学各向异性的透明介质支持一类新的电磁波，它结合了传播场和倏逝场的性质。这些“鬼波”是在切线分叉中产生的，它“湮灭”了正负折射率模式对，代表了不可积动力系统的量子理论中“鬼轨道”的光学模拟。类似于规则的倏逝场，鬼波支持高的横向波数，但除了指数衰减显示在传播方向上的振荡行为。鬼波可以与入射的倏逝波共振耦合，然后通过各向异性介质以指数方式增长-就像负折射率材料的情况一样。由于鬼波由透明电介质支持，因此它们没有传统负折射率复合材料固有的材料损耗“诅咒”。
2017-04-21 physics.optics
Ultrafast supercontinuum generation in bulk condensed media (Invited Review)
强飞秒激光脉冲在大块透明介质中的非线性传播导致特定的传播机制，称为飞秒折射，这反过来又产生显着的光谱展宽或超展宽，称为超连续谱产生。在透明固体中产生飞秒超连续谱代表了一种紧凑、高效和对散射不敏感的技术，用于在光谱的各个部分产生相干宽带辐射，其在现代超快科学的各个领域中具有许多应用。近年来，这一研究领域已经达到了高度的成熟，无论是在理解基础物理学和实现令人兴奋的实际成果。在本文中，我们概述了飞秒超连续谱产生的各种透明固态介质，从宽带隙的半导体材料和光谱的各个部分，从紫外到中红外的艺术状态。一个特别强调的是最新的实验发展：多倍频程超连续产生与泵浦在中红外光谱范围内，光谱控制，功率和能量缩放的宽带辐射和简单，灵活和强大的脉冲压缩技术的发展，提供几个光学周期脉冲，可以很容易地实现在各种现代超快激光系统。
2017-06-14 physics.optics
Transformation optics, isotropic chiral media, and non-Riemannian geometry
将透明介质中电磁场的几何解释（变换光学）扩展到包括各向同性、非均匀、手征性介质。结果表明，这种介质可以通过在麦克斯韦方程组中引入挠率的非黎曼几何性质来描述，并说明了这种解释如何应用于光学器件的设计。
2011-01-14 physics.optics
Optical force density and surface displacements in transparent dielectrics due to non-ionizing sub-picosecond laser excitation
本文理论分析了短激光激发下透明电介质的光力密度，模拟了熔融石英的光诱导表面位移，发现100飞秒单脉冲可产生50皮米位移（动量分量主导），并讨论了压电探测方法，有助于推进光力研究与应用并澄清Abraham-Minkowski问题。
2025-06-11 physics.optics
Third Harmonic Generation in Transparent Longitudinal Epsilon-Near-Zero Multilayers
Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学）；Università degli Studi di Brescia（布雷西亚大学）；U.S. Army Space and Missile Defense Command（美国陆军太空与导弹防御司令部）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
本文提出了一种透明纵向介电接近零多层结构，通过实现宽波段高泵浦传输和增强的非线性效应，实现了高效的三阶谐波产生，克服了传统ENZ材料的高吸收问题。
2025-12-15 physics.optics
Ultrashort filaments of light in weakly-ionized, optically-transparent media
现代激光源现在提供持续时间达到几个周期的超短光脉冲，超过焦耳水平的高能量和超过几太瓦（TW）的峰值功率。当这种脉冲通过光学透明介质传播时，它们首先在空间中自聚焦并增强强度，直到它们通过光电离产生稀薄的等离子体。对于自由电子密度和低于其击穿极限的束强度，这些脉冲演变为自我引导的对象，从克尔聚焦过程，介质的色散和电子等离子体的散焦作用之间的连续平衡。十年前发现的这种自沟道机制揭示了一种新的物理学，广泛扩展了非线性光学的前沿。其意义包括TW光束在大气中的长距离传输，超连续谱发射，脉冲缩短以及高次谐波产生。本文综述了近10多年来该领域的重大进展。特别强调的是奠定了理论建模的传播方程，其物理成分进行了讨论，从数值模拟。飞秒脉冲在气态或凝聚态材料中传播的差异被强调。还注意到了多重散射的不稳定性，广泛的，强大的光束，打破了小规模的细胞沿光路的能量分布，在恶劣的天气，他们的大锥形发射利用多污染物遥感，非线性光谱，并在空气中引导放电的可能性，最终解决的基础上的实验结果。
2006-12-06 physics.optics physics.plasm-ph
Transparent subdiffraction optics: nanoscale light confinement without metal
纳米电子学与传统光学器件的集成受到光的衍射极限的限制。金属可以将光限制在所需的亚波长范围内，但它们是有损耗的，而介电材料不能将倏逝波限制在波导或谐振器之外，从而导致组件之间的串扰。我们介绍了光限制策略的范式转变，并表明光可以被限制在衍射极限以下，使用完全透明的人工介质。我们的方法依赖于控制倏逝波的光学动量，这是光子器件中被忽视的一个重要电磁特性。对于实际应用，我们提出了一类波导使用这种方法，优于串扰性能的1个数量级相比，任何现有的光子结构。我们的工作通过完全避免使用金属克服了纳米光子学的一个关键障碍，并且可以影响从可见光到微波频率范围的电磁设备。
2014-10-03 physics.optics
Stationary and stable light beam propagation in Kerr media with nonlinear absorption with controllable dissipation patterns
本文研究了具有任意强度和耗散横向图案的光束在具有非线性吸收的自聚焦克尔介质中的稳定和鲁棒传输。当非线性吸收是由于在透明介质（例如玻璃或空气）中在高光束功率下的多光子电离时，这些光束可以产生具有定制几何形状的多个等离子体通道。它们的性质和空间特性进行了详细讨论，以及法律确定它们的自发形成从相干叠加的贝塞尔光束的不同振幅和拓扑电荷。
2017-03-06 physics.optics
Infrared photothermal heterodyne imaging in thermally thick medium for thermo-optic property characterization
本研究提出将红外外差光热成像方法推广至热厚介质，结合透射率测量与热光建模，同时测量半透明介质的热吸收率与热反射率系数，并验证了其在软聚合物和硼浮法玻璃上的有效性。
2025-05-01 physics.app-ph physics.optics
Selected properties of optical spatial solitons in photorefractive media and their important applications
本文综述光折变空间孤子的重要性质与应用，基于能带输运模型阐释其非线性原理，分析三类孤子形成机制、非相干耦合矢量孤子及调制不稳定性，明确其潜在应用价值。
2014-10-03 physics.optics
Monte Carlo method for polarized radiative transfer in gradient-index media
光在梯度折射率介质中的传输通常遵循弯曲的光线轨迹，即使在介质透明的情况下，这也会导致光束在传输过程中会聚或发散，并引起偏振椭圆的旋转。此外，沿弯曲射线路径的散射和传输的组合过程使问题更加复杂。本文提出了一种蒙特卡罗方法来模拟只支持平面射线轨迹的梯度折射率介质中的偏振辐射转移。射线方程求解到二阶，以解决弯曲的射线轨迹引起的影响。给出了透明介质、假设折射率梯度分布的Mie散射介质和真实大气折射率分布的瑞利散射三种情况下的实验结果，验证了该方法的有效性。结果表明，大气折射对长距离偏振光传输有显著影响。
2014-12-14 physics.ao-ph physics.optics
Laser dynamics in nonlinear transparent media with electron plasma generation: effects of electron-hole radiative recombinations
通过激光微加工在非线性透明材料上制造的光学器件的性能通常依赖于三个主要因素：特征激光参数（即激光功率、脉冲持续时间和脉冲重复率）、主体材料的特征性质（例如它们的色散、光学非线性或自聚焦特性等）、光学特性（例如它们的光学特性）、光学特性（例如它们的光学特性）和光学特性（例如它们的光学特性）。以及雪崩碰撞电离、多光子电离和电子-空穴辐射复合等物理过程的相对重要性。这些因素共同作用以施加激光操作的机制，特别是它们的竞争决定了适当的激光操作机制。本文从理论上研究了多光子吸收、等离子体电离和电子-空穴辐射复合过程之间的竞争对具有克尔非线性透明材料中激光动力学的影响。该研究依赖于一个模型组成的K阶非线性复杂的Ginzburg-Landau方程，耦合到一阶方程描述的电子等离子体密度的时间变化。连续波的稳定性分析，调制不稳定性的方法，揭示了多光子吸收和电子-空穴辐射复合过程的组合可以是有害的或有利的连续波操作，这取决于主机介质的群速度色散。数值模拟的模型方程在全非线性制度，揭示了脉冲串的振幅增强的辐射复合过程的存在。诱导的电子等离子体的密度的数值结果功能两个不同的制度的时间演化，取决于电子-空穴辐射复合过程的强度。
2021-02-20 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
Transformation Optics with Photonic Band Gap Media
我们介绍了一类光学介质的基础上，电介质调制，只有，和潜在的极低损耗，光子晶体。我们所描述的媒体代表了广义的程函极限的变换光学（TO）。该概念的基础是在具有椭圆表面的光子晶体的k空间中拟合频率等值面的可能性，从而使它们能够模拟光在各向异性有效介质中的色散关系。光子晶体斗篷和其他在可见光波长下工作的TO器件可以由光学透明物质（如玻璃）构成，其衰减系数可以小至10 dB/km，这表明TO设计方法可以应用于光学器件的开发，而不受金属基无源超材料固有损耗的限制。
2010-07-21 physics.optics
Femtosecond laser inscriptions in Kerr nonlinear transparent media: dynamics in the presence of K-photon absorptions, radiative recombinations and electron diffusions
飞秒激光与克尔非线性光学材料相互作用时，由于克尔非线性引起的自聚焦引起的光束衍射平衡，使得飞秒激光以细丝的形式传播。飞秒激光诱导是一种普遍现象，属于超短激光加工系统特有的一般类型的过程，与非线性和色散之间的竞争相关，也已知会促进光孤子。本文研究了飞秒激光在具有克尔非线性的透明介质中刻写的模型。在记录时，激光器将能量存储在光学材料中，从而引起电子等离子体。该模型由一个三次复Ginzburg-Landau方程组成，其中一个额外的K阶非线性项考虑了K光子吸收过程。复杂的Ginzburg-Landau方程耦合到一个时间一阶非线性常微分方程，占时间演化的等离子体密度。研究的主要目的是研究多光子吸收、辐射复合和电子扩散过程之间的竞争对激光振幅和等离子体密度的时间分布的影响。从数值模拟中，它被发现，当光子数（即K）有助于多光子电离是足够大的，考虑到电子扩散过程有利于周期性结构的时间分布的激光和等离子体密度。光孤子训练中的脉冲重复率随电子扩散系数的增加而增加，而等离子体密度是一个多周期非谐波模式的训练。
2021-10-06 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
Unveiling the optical properties of a metamaterial synthesized by electron-beam-induced deposition
使用聚焦电子束的直接写入允许在可见光谱范围内制造亚波长尺寸的真正三维结构。由此产生的复杂几何形状非常适合研究纳米级的光-物质相互作用。它们的整体光学响应将不仅强烈地依赖于几何形状，而且依赖于沉积材料的光学性质。在通常使用的金属有机前体的情况下，沉积物显示出嵌入碳质基质中的金属纳米晶体的子结构。由于含金前体介质是特别有趣的光学应用，我们实验确定这种有效材料的有效介电常数。我们的实验是基于平面沉积物的光谱测量。反演的介电常数显示出对金颗粒密度的系统依赖性，并且不能使用有效介质的常用Maxwell-Garnett方法充分描述。
2016-01-15 physics.optics
Toward high-speed effective numerical simulation of multiple filamentation of high-power femtosecond laser radiation in transparent medium
针对高功率飞秒激光多丝化经典数值模拟的计算加速瓶颈，提出基于稀疏空间网格改进相位屏的数值技术，并利用机器学习寻找控制方程最优拟设以匹配密集网格解。
2023-06-15 physics.optics
Stabilization of vortex beams in Kerr media by nonlinear absorption
对横向局域涡旋光束在具有自聚焦克尔非线性的均匀光学介质中的稳定传输问题提出了一种新的解决方案。稳定的非线性贝塞尔涡状态稳定对方位角的分裂和崩溃的多光子吸收，而相应的功率损失是由径向涌入的功率从一个内在的水库抵消。线性稳定性分析和直接数值模拟揭示了这些涡的稳定区域。具有多涡度的梁也有其稳定区域。然后，这些光束可以在足够高的强度下在透明介质（如空气、水和光学玻璃）中形成坚固的管状细丝。我们还表明，管状，旋转和斑点状的折射制度，以前观察到的实验与轴锥产生的贝塞尔光束，可以解释为一个特定的非线性贝塞尔涡旋状态，这是完全确定的稳定性或不稳定性的表现。
2016-10-26 physics.optics
Supercontinuum generation in media with sign-alternated dispersion
当高强度的超快光脉冲通过透明介质传输时，可以通过自相位调制相干地产生超连续谱，这对于光纤和集成波导中的许多光子学应用是必不可少的。然而，色散的存在会导致光谱展宽超过一定传播长度后停滞，需要增加输入峰值功率以进一步展宽。我们提出了一个概念，通过改变传播过程中群速度色散的符号来抵消光谱停滞，从而以显著较低的输入功率来驱动超连续谱的产生。我们在实验中证明了色散交替光纤的效果与建模非常一致，与均匀色散相比，峰值功率降低了几乎一个数量级。计算显示，集成光波导也具有类似的功率降低，同时平坦带宽显著增加，这对片上宽带光子学很重要。
2019-12-06 physics.optics
Rogue events in complex linear and nonlinear photonic media
海洋流氓波（RW）-巨大的孤立波-长期以来一直引起科学家的兴趣。反应堆是在复杂的环境中产生的，线性和非线性过程的重要性仍然是值得怀疑的。最近的工作表明，RW出现在各种其他物理系统中，例如微波、非线性晶体、冷原子等。在这项工作中，我们研究了光波在嵌入大部分透明玻璃中的强散射随机晶格中的传播。在线性制度，我们观察到的外观的RW，完全依赖于介质的散射特性。有趣的是，增加非线性不会改变RW统计，而随着非线性的增加，多重折射和强度箝位会破坏RW统计。数值模拟结果与实验结果吻合较好，共同证明了光学流氓波是通过线性强散射在这种复杂环境中产生的。
2015-09-03 physics.optics
Radiation pressure and the linear momentum of light in dispersive dielectric media
本文导出了准单色平面波从自由空间入射到半无限介质平面上的辐射压力的精确表达式。为了解释传输到电介质的总光学动量（入射加反射），必须将介质获得的机械动量添加到电介质内部的电磁动量（所谓的亚伯拉罕动量）的流速中。我们证实了电磁动量在介质中以光的群速度传播。光子拖曳效应，在半导体中捕获的光子似乎有闵可夫斯基动量，通过分析一个模型系统，包括一个薄的吸收层嵌入在一个透明的电介质解释。
2014-01-28 physics.class-ph physics.optics
Micro-OptoMechanical Movements (MOMs) with SoftOxometalates (SOMs): Controlled Motion of Single Soft-Oxometalate Pea-pods Using Exotic Optical Potentials
材料设计和合成领域的一个重要挑战是从定义明确的前体开始故意设计介观物体，并在其中诱导定向运动以模拟生物过程。最近，介观的金属氧化物为基础的软氧代金属（SOMs）已被合成从定义明确的分子前体超越政权的平移周期性。在这里，我们表明，它实际上是可以控制地移动这样一个不对称的SOM的形状的一个“豌豆荚”沿复杂的路径使用定制的复杂的光学势所产生的自旋轨道相互作用，由于一个紧密聚焦的线性偏振高斯光束传播通过分层介质中的光阱。我们证明了运动的个人被困SOM沿圆形路径超过15 $μ$ m在一个完美的控制方式，通过简单地改变输入偏振的捕获激光。这种受控运动可以具有从催化到动态介观结构的构建的广泛应用。
2013-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Light propagation in local and linear media: Fresnel-Kummer wave surfaces with 16 singular points
已知透明双轴介质的菲涅耳波面有4个奇点，分别位于两个特定的方向上。我们表明，在更一般的媒体，奇点的数量可以超过4。事实上，提出了一种高度对称的线性材料，其菲涅耳表面呈现出16个奇点。因为对于每一种线性材料，色散方程都是四次的，所以我们得出结论，16是孤立奇点的最大数量。菲涅耳和库默尔表面的身份，这适用于具有一定对称性（零skewon片）的媒体，提供了一个优雅的解释的结果。我们描述了一个超材料实现我们的线性介质与16个奇点。结果发现，金属棒，开口环谐振器，和磁化粒子的适当组合可以产生正确的介电常数，磁导率和磁电模量。最后，我们讨论了根据Kummer的（16，6）-点和平面的配置的奇点的安排。平行于我们的调查，但在线性弹性，建议为今后的研究。
2015-12-24 gr-qc math-ph math.MP
