Lorenz-Mie theory for 2D scattering and resonance calculations
本博士教程关注二维广义洛伦兹-米氏理论（2D-GLMT）的描述，这是一种用于计算光与圆柱形散射体阵列相互作用的成熟数值方法。这个理论是基于分离变量的方法和圆柱函数的加法定理的应用。本教程的目的是组装必要的实用工具，以实现2D-GLMT方法的计算散射的被动散射体或共振的光学有源介质。第一部分包含了矢量和标量亥姆霍兹方程的二维几何形状的推导，从麦克斯韦方程组。光学活性介质包括在2D-GLMT使用最近的固定配方的麦克斯韦-布洛赫方程称为稳态从头算激光理论（SALT），它引入了新的类的解决方案，有用的共振计算。在这些概述之后，给出了2D-GLMT的详细描述。重点放在散射计算的波束形状系数的推导，以及使用2D-GLMT和SALT的组合的谐振模式的计算。最后一节包含几个数值例子，说明散射和共振计算的2D-GLMT的全部潜力。这些例子，来自文献，包括集成偏振滤波器的设计和光子晶体腔和随机激光器的光学模式的计算。
2015-09-22 physics.comp-ph physics.optics
Quantum Electrodynamics with a Nonmoving Dielectric Sphere: Quantizing Lorenz-Mie Scattering
本文量子化真空中非移动介质球体周围的电磁场，推导平面波与归一化本征模式的正则变换，并用于分析单光子、压缩光及双光子散射，揭示三维分束器的洪-欧-曼德尔干涉角分布，为光与介质球体机械自由度量子相互作用奠定理论。
2023-11-14 physics.optics quant-ph
Ultraviolet Mie resonances in computationally discovered boron phosphide nanoparticles
利用光学米氏共振在纳米尺度上控制紫外光，对于光刻、灭菌和生物光谱学等各种应用都有很大的希望。然而，由于缺乏合适的材料和制造方法，由介电纳米天线承载的米氏共振在紫外波长下难以实现。在这里，我们通过从第一性原理计算338个二元半导体和绝缘体的频率依赖的光学介电常数来系统地寻找改进的材料，并使用Mie理论评估它们作为高折射率材料的潜在性能。我们的分析揭示了几种有趣的候选材料，其中磷化硼（BP）似乎特别有前途。然后，我们准备BP纳米粒子，并证明他们支持米氏共振在可见光和紫外波长使用远场光学测量和近场电子能量损失光谱。我们还提出了一种激光整形的方法来实现球形Mie共振BP纳米粒子。BP纳米结构的折射率高于3，吸收损耗低，使米氏光学技术在紫外线方面取得了进展。
2021-12-27 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
The super resonance effect paves the way for a new type of refractive index sensor concept based on a mesoscale dielectric sphere
最近，我们发现介电中尺度球可以支持所谓的超共振效应，即具有巨场局域化和增强的高阶Mie共振模式。由于周围介质的存在会对粒子内部的场强度产生显著影响，基于Mie理论首次证明了这种效应可以用于介质折射率传感器的设计。使用空气作为环境的例子，我们已经表明，所提出的传感器概念的灵敏度可以达到从10-6到10-8，这取决于球体尺寸参数的精度，这并不比现代干涉方法的精度差。
2022-04-20 physics.optics
Attoliter Mie Void Sensing
本文提出利用高折射率介电材料中Mie空腔实现光在空气中共振限制的新策略，用于阿升级折射率传感，在850阿升体积内检测到6.9 x 10-4折射率变化，结合表面功能化可实现生物分析物特异性检测。
2024-07-02 physics.optics
Polarization-dependent light extinction in ensembles of polydisperse, vertical semiconductor nanowires: A Mie scattering effective medium
我们提出了一个实验和理论研究的角度和偏振相关的光消光随机阵列的多分散半导体纳米线外延生长在衬底上。镜面反射率是通过平均从洛伦兹-米氏理论获得的直径分布上的单个纳米线的散射特性来描述的。在独立散射近似下确定了描述相干光束在前向散射中的传播和衰减的复有效折射率，并用于计算与角度和偏振相关的反射率。我们的测量结果表明，高度各向异性的散射排列纳米线的合奏。
2013-11-04 physics.optics
Optical Kerr nonlinearity enhancement in high-index metasurfaces via Mie void lattices
Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院远东分院自动化与控制过程研究所）
研究高折射率超表面光学克尔非线性增强，以GaP为模型材料用FDTD模拟，提取空心球等空穴有效非线性折射率，发现孤立空穴共振增强适度，紧密间隔空穴间模式响应更强，开放腔几何结构对混合系统有优势。
2026-07-14 physics.app-ph physics.optics
Quantum theory of light interaction with a Lorenz-Mie particle: Optical detection and three-dimensional ground-state cooling
本文超越点偶极近似，推导了光与任意尺寸介质球质心运动的量子耦合理论及信息辐射模式，预测了通过光学探测与主动反馈将微米尺度介质球三维质心运动冷却到基态的可行方案，对宏观量子检验和暗物质探测具有重要意义。
2023-12-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Energy Redistribution Signatures in Transmission Microscopy of Rayleigh- and Mie-particles
在广义Lorenz-Mie理论范围内讨论了聚焦照明下任意尺寸的球形（可能是多层）粒子的透射特性。表达式概括的总消光和散射截面的分数对应允许一个方便的建模传输信号，轴上和离轴。信号对收集角和复极化率的强烈依赖性很容易包含在这个最小但准确的模型中。精确的签名的能量重新分配和吸收的粒子的任意复值的极化率。对于完美的散射，从敏感的消光过渡到不敏感的散射信号，观察和量化的孔径，包括角度大于光束的发散角的两倍。定位，温度控制，光谱和优化消光测量的影响进行了讨论。
2014-04-02 physics.optics
New Improvements for Mie Scattering Calculations
提出了计算Mie散射量的新方法。他们是基于详细分析的各种来源的错误米氏计算和数学上的理由。基于这些改进开发的算法被证明是可靠和有效的，没有尺寸（$x=2πR/λ$）或折射率（$m=m_R-{\rm i}m_I$）限制，并且用户可以选择预先确定结果中所需的精度。它还包括一个新的和有效的方法来启动向下递归的贝塞尔函数。
2001-03-19 nucl-th physics.optics
Gain-assisted optical tweezing of plasmonic and large refractive index microspheres
我们从理论上研究了增益功能化微球的光钳效应，在非傍轴机制中使用高度聚焦的单光束。利用光镊的Mie-Debye理论计算了作用在均匀和具有增益的核壳结构Mie微球上的光力。我们证明了光学增益在光学操作中起着至关重要的作用，特别是优化回复力，从而允许捕获大折射率和等离子体粒子。事实上，我们证明，可以捕获这样的粒子，这通常是不可能的情况下，被动介质，通过功能化它们与光学增益材料。我们表明，通过改变增益的值，这可以实现通过改变泵浦功率，一个不仅可以实现捕获，但也操纵的平衡位置的镊子粒子。总之，我们的研究结果为增益辅助光学力学开辟了新的途径，其中增益功能化系统可以促进等离子体纳米粒子的光学捕获和操纵，特别是在纳米粒子悬浮液和芯片上的自组装中具有潜在的应用。
2021-07-24 physics.optics
Epsilons Near Zero limits in the Mie scattering theory
经典的Mie理论-均匀球形粒子的电磁辐射散射-被认为是在粒子和周围介质的材料分别在零极限附近的介电常数。揭示了散射横向电场（TE）的最大值为周围介质材料的介电常数接近零极限。研究了相应散射粒子的有效多极极化率。研究了在介质折射率接近于零的情况下，球形粒子在周围介质中的聚集体实现磁偶极共振并由此构造负折射率超材料的可能性。
2009-10-17 physics.optics physics.plasm-ph
Negative refractive index induced by percolation in disordered metamaterials
提出了一种适用于含有空间随机分布介质球的无序异向介质的有效介质模型。与有序超材料的有效介质模型类似，该模型预测了球体中由电偶极和磁偶极米氏共振引起的有效磁导率和介电常数的共振。此外，该模型预测的红移的电共振粒子负载的增加。有趣的是，当粒子负载超过33%的逾渗阈值时，模型预测电共振与磁共振重叠，导致负折射率。
2017-03-08 physics.optics
Mie Sensing with Neural Networks: Recognition of Nano-Object Parameters, the Invisibility Point, and Restricted Models
该研究利用人工神经网络仅从吸光度光谱识别纳米颗粒成分、尺寸与浓度，并分析不可见点及光谱非唯一性带来的模型限制。
2023-12-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electric and magnetic toroidal dipole excitations in core-shell spheres
本文在Lorenz-Mie理论框架下推导出核壳纳米球中电与磁环向偶极散射系数的闭合解析表达式，揭示其共振可被操控调谐，并阐明其对环向偶极诱导透明、Fano共振及超散射等效应的重要意义。
2024-06-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Forces from highly focused laser beams: modeling, measurement and application to refractive index measurements
利用广义Lorenz-Mie理论，可以在很宽的参数范围内对光镊中的光力进行鲁棒建模。我们描述的程序，并显示如何结合实验测量的陷阱加上计算建模的属性，可以允许未知参数的粒子-在这种情况下，折射率-要确定。
2007-02-06 physics.optics
High-Index Semiconductor Nanoparticles as Low-Loss Alternatives to Gold for Refractive Index Sensing
高指数半导体纳米颗粒在可见光范围内提供低损耗的折射率传感替代方案，通过多极共振实现方向性散射。
2025-12-27 physics.optics
Unveiling dipolar spectral regimes of large dielectric Mie spheres from helicity conservation
控制电介质粒子散射光的电磁螺旋性和方向性对于全介质光学和光子学中的各种感兴趣的现象学至关重要。在这封信中，我们表明，高指数介质米氏球散射的电磁螺旋度的守恒可以用作探测纯多极光谱区域，特别是偶极性质，超出其假定的光谱间隔。这一发现揭示了偶极行为不一定限于小颗粒，与现有技术的现状形成鲜明对比。有趣的是，我们证明了对于小颗粒极限中的特定纳米球预测的最佳前向光散射条件实际上在无限数量的折射率的固定x尺寸参数下得到满足
2020-03-28 physics.optics
Extinction spectra of suspensions of microspheres: Determination of spectral refractive index and particle size distribution with nanometer accuracy
本文提出了一种从颗粒悬浮液的消光测量中同时推断微球材料的波长依赖性实折射率（RI）及其粒径分布的方法。为了从这样的整体测量中导出微球的平均光谱消光截面，我们通过流式细胞术确定颗粒浓度，通常精确到2%，并调整颗粒浓度以确保由于多次散射引起的扰动可以忽略不计。对于消光光谱的分析，我们采用米氏理论，折射率的级数展开表示和非线性数值优化。与其他方法相比，我们的方法提供的优点，同时确定的微粒，包括不确定性估计的合奏的大小，大小分布和光谱折射率。
2017-10-04 physics.optics
On the helicity conservation for Mie optical cavities
在光-物质相互作用的背景下研究螺旋度是一个日益增长的研究领域。然而，散射体内部光场螺旋度内容的一些基本方面被忽视了。在这项工作中，我们证明了无损球形腔体内的光场的螺旋度不能被保存或符号翻转作为散射事件的结果。其根本原因是内部的电和磁Mie系数不能同时以相等的振幅和相等/相反的相位振荡。我们的分析演示是履行无论折射率，球的大小，和多极秩序。此外，我们还证明了有耗球内光场的螺旋度是守恒的。这一事实与散射场的行为形成了鲜明的对比，散射场的螺旋度含量在球体有损耗时不能精确守恒。最后，我们表明，螺旋内容的内部字段可以翻转的材料增益。
2022-05-25 physics.optics
Resonances in Mie scattering by an inhomogeneous atomic cloud
尽管该过程具有量子性质，但两能级原子的密集冷样品的集体散射可以经典地解释为将样品描述为具有复折射率的宏观物体。我们证明了通过调节入射激光场的频率或原子的原子序数，在合作散射中可以很容易地观察到米氏理论中的共振。得到了具有玻色-爱因斯坦凝聚体抛物线密度特性的球形原子云的散射问题的解，计算得到的合作辐射压力在稠密云的云位移中呈现共振现象.与均匀的云不同，均匀的云显示出复杂的结构，包括狭窄的峰，这些密度显示出共振，但只有在相当规则和对比的振荡形式下。
2011-11-17 physics.atom-ph physics.optics
Investigation of Whispering Gallery Modes in Circular Arrays of Dielectric Spherical Particles using multisphere Mie Scattering formalism
品质因数取决于所使用的材料。如果这些阵列由金属颗粒组成，则它们不能具有高品质因数，因为它们的光吸收限制了性能。在本文中，我们解决了以下问题：可以形成束缚模式的光的吸收可以忽略不计的电介质系统？我们在多球Mie散射理论的框架内，用最简单的类偶极方法对球形粒子的圆形阵列进行了研究，结果表明：（1）至少在折射率n > 2的情况下，可以在10个或更多个粒子的阵列中获得高质量的模式，因此可以使用像TiO 2或GaAs这样的光学材料;（2）大多数束缚模具有垂直于圆平面的近似横偏振;（3）在特别有趣的TiO 2颗粒的情况下，（金红石相，n = 2.7），最束缚模式的品质因数随着10个额外颗粒的加入几乎增加了一个数量级，而对于由GaAs制成的颗粒，添加十个额外的颗粒，品质因数增加了几乎两个数量级。更高的多极贡献的考虑已经证明，如果折射率nr大于2，则偶极方法的误差不超过百分之一。研究了不影响品质因数的最小可接受无序度。
2007-01-05 physics.chem-ph physics.optics
Negative index and mode coupling in all-dielectric metamaterials at terahertz frequencies
本研究探讨太赫兹频段全介质超材料中米氏共振模式耦合对负有效折射率的作用，分析晶格周期、模式频率重叠的影响，揭示耦合强度与折射率的关系，并对比模式耦合与超材料杂化效应。
2017-09-28 physics.optics
Routing Light Emission from Monolayer MoS$_2$ by Mie Resonances of Crystalline Silicon Nanospheres
本研究利用晶体硅纳米球的磁偶极与电偶极 Mie 共振，解析、实验并模拟验证了其对单层 TMDC 激子光致发光方向性的调控。
2024-10-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical Kerr nonlinearity of disordered all-dielectric resonant high index metasurfaces with negative refraction
首次估计了负折射材料的光学克尔效应。这是通过三维时域有限差分（FDTD）模拟的无序双分散超颖表面组成的高折射率（GaP）球在532 nm的波长。超颖表面包括随机布置在平面上的球形颗粒，其具有接近磁和电偶极子Mie共振的两个尺寸。超颖表面的有效非线性折射率的实部是在超颖表面具有负折射率的Mie共振附近计算的。在负折射条件下，光学克尔非线性有一个峰值。通过浓度跃迁到负折射态，研究了双分散超颖表面的折射率随强度的变化。结果表明，当有效线性折射率接近零时，单层超颖表面的非线性克尔系数有最大值。
2020-03-18 physics.app-ph physics.optics
Giant In-Particle Field Concentration and Fano Resonances at Light Scattering by High-Refractive Index Particles
对高折射率m+iκ和小耗散常数κ粒子的光散射进行了详细的解析研究。我们已经证明，粒子内部的电磁场（内部问题）和粒子外部的散射场（外部问题）的行为有很大的不同。在其他参数固定的情况下，随着m的增加，粒子内部的场渐近收敛于m的周期函数。不同阶次的电型和磁型Mie共振基本上重叠。它可能导致粒子内电磁能的巨大集中。在同一时间，我们证明了相同的变换的解决方案的外部问题允许目前每个部分散射波作为两个分区的总和。其中之一对应于m-独立波，由一个完美的反射粒子散射，并发挥了背景的作用，而另一个是与激发的sharp-m-依赖的共振米氏模式。分区的干涉导致典型的非对称Fano轮廓。Fano轮廓的参数的显式表达式已获得“从第一原理”，没有任何额外的假设和/或拟合。与内部问题相反，在m的增加，外部问题的谐振模式消失，散射场收敛到完美反射球的普遍的，m-独立的轮廓。数值估计讨论的影响磷化镓颗粒。
2015-11-09 physics.optics
Lattice Boltzmann Method for Electromagnetic Wave Scattering
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
本文评估了格子玻尔兹曼方法作为时域数值方法用于电磁波散射的可行性，通过验证经典基准和不同材料对比下的性能，展示了其在求解麦克斯韦方程中的有效性。
2026-04-07 physics.comp-ph physics.optics
Super-resonance effect for high-index sphere immersed in water
最近，我们发现介电中尺度球支持超共振效应，即具有巨场增强的高阶Mie共振模式。周围介质的存在导致对粒子中的电场和磁场的强度的显著影响。在本文中，我们表明，这种效果可以用于高精度控制的介质，如水的有效折射率。我们表明，由dT=0.0106 C（或介质的有效折射率由2 e-6）的水的温度的变化导致电场强度的两倍下降。所有结果都严格地在经典Mie理论的框架内，没有任何修改。对10级球形粒子的尺寸参数的值的范围进行详细研究，这在以前被忽略了，这使得有可能揭示这种现象的一种新的、不寻常的物理学。
2022-05-08 physics.optics
Switchable invisibility of dielectric resonators
基于二维Mie散射问题，研究了高折射率介质杆的不可见性，发现宽谱非共振波和窄谱Mie共振模之间的Fano干涉对散射有很强的抑制作用。然而，当介质棒具有有限的延伸时，它变成支持法布里-珀罗模式的谐振器，其引入额外的散射并最终破坏不可见性。在这里，我们发现，对于较短的杆与适度的纵横比r/L值（其中r和L分别是杆的半径和长度），散射抑制的最低光谱窗口完全恢复，因此，即使是有限尺寸的谐振器可能变得不可见。我们提出了一个直接的实验验证的概念，在微波使用圆柱形有限尺寸的谐振腔具有高折射率的可切换的不可见性。
2017-01-31 physics.optics
Transition metal dichalcogenide nanodisks as high-index dielectric Mie nanoresonators
单层过渡金属二硫属化物（TMDC）最近被提出作为一个独特的激子平台，先进的光学和电子功能。然而，尽管进行了大量的研究工作，但人们在很大程度上忽视了，除了显示出丰富的激子物理特性外，TMDC还具有非常高的折射率。这为利用这些材料构建基于亚波长几何模式的谐振纳米天线提供了可能性。在这里，我们表明，从剥离的多层WS $_2$制造的纳米盘支持不同的米氏共振和所谓的anapole状态，可以很容易地调谐在可见光和近红外光谱范围内的波长通过改变纳米盘的大小和纵横比。我们认为，TMDC材料的各向异性和激子的存在，大大丰富了纳米光子学的基础上等离子体和众所周知的高折射率材料，如硅的传统方法的补充。作为一个概念验证，我们展示了一种新的制度的光-物质相互作用，anapole激子极化激元，我们实现在一个单一的WS $_2$纳米盘。因此，我们的研究结果表明，纳米图案的TMDC是有前途的高折射率纳米光子学应用的材料，具有丰富的功能和优越的前景。
2018-12-10 physics.optics
Non-Mie Optical Resonances in Anisotropic Biomineral Nanoparticles
纳米粒子的光学性质在许多学科中具有重要的基础和应用价值，因此一直受到人们的关注。最近出现的全介质纳米光子学领域利用具有高折射率的介电纳米颗粒中的光致电磁Mie共振。这种性质允许获得额外的有价值的自由度来控制纳米光子结构的光学响应。在这里，我们提出了一个概念上不同的方法，在介电纳米粒子达到光学共振。我们发现，缺乏传统的米氏共振，低指数纳米粒子可以表现出一种新的各向异性诱导的家庭非米氏本征模。具体来说，我们调查光与方解石和球文石纳米球的相互作用，并比较他们与米氏散射的熔融石英球。这些粒子具有接近的折射率和相同的尺寸，由于它们的内部结构而表现出显著不同的散射行为。虽然熔融石英球没有表现出任何光谱特征，但方解石的介电常数张量和球霰石的非对角介电常数张量的单轴结构导致散射光谱中的一组可区分的峰。多极子分解和本征模分析表明，这些峰与一个新的家庭的电和磁共振。我们确定磁偶极子模式的普通，非凡和混合极化以及复杂的电偶极子共振，具有显着的环形电偶极矩。由于球文石和方解石都是生物矿物，由各种生物体天然合成和利用，我们的研究结果为理解和阐明真正生物系统光学功能背后的机制提供了不可或缺的工具箱。
2018-10-29 physics.optics
Machine-learning techniques for fast and accurate feature localization in holograms of colloidal particles
胶体颗粒的全息图可以用光散射的Lorenz-Mie理论进行分析，以纳米精度测量单个颗粒的三维位置，同时估计它们的尺寸和折射率。提取这些丰富的信息首先要检测和定位各个全息图中感兴趣的特征。传统的方法与启发式算法，这个图像分析问题可以解决更快，更普遍的机器学习技术。我们证明了两种流行的机器学习算法，级联分类器和深度卷积神经网络（CNN），可以比当前最先进的技术更快地解决特征定位问题。我们的CNN实现精确地定位全息特征，以基于光散射的Lorenz-Mie理论进行更详细的分析。基于小波的Haar级联被证明不太精确，但计算效率很高，为强调速度和低成本的应用创造了新的机会。我们证明了它的使用作为一个实时的全息光学捕获系统的目标。
2018-05-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.optics
Grape expectations: direct thermographic imaging of electric fields in microwave Mie resonators
Trent University（特伦特大学）
该研究利用葡萄作为高折射率纳米光子谐振器的类似物，通过偏振控制自由空间激发和红外热成像直接测量微波米氏谐振器的电场，明确了葡萄二聚体中微波诱导热点的形成条件，为相关场的测量与控制提供了新方法。
2026-08-10 physics.app-ph physics.optics
Infrared refractive index dispersion of PMMA spheres from synchrotron extinction spectra
我们进行了高分辨率傅里叶变换红外（FTIR）光谱的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）球的尺寸未知的米氏散射区域。除了一个缓慢的，振荡的结构（摆动），这是由于干涉效应，测量的FTIR消光光谱表现出波纹结构，这是由于电磁共振。我们充分表征的基本电磁模式结构的频谱分配两个模式数的波纹在测量的频谱。我们表明，分析波纹结构中的频谱中的波数区域从约$3000\,$厘米$^{-1}$到$8000\,$厘米$^{-1}$，使我们能够确定未知的半径的球体和PMMA的折射率，这表明了很强的频率依赖性，在这个近红外光谱区域。虽然在本文中，我们专注于研究PMMA球作为一个例子，我们的方法来确定的折射率和它的色散从同步辐射红外消光光谱一般适用于任何透明物质，可以塑造成微米大小的球体的折射率的测定。
2016-05-23 physics.optics
Quality factor of dielectric optical resonators
本研究解析证明高折射率无损介质球谐振器中磁、电Mie模式的$Q$因子分别按$n^{2j+1}$和$n^{2j+3}$缩放，数值验证其准确性，还确定了含吸收损耗时$Q$因子的通用函数形式并发现其可预测产生无限$Q$因子激光条件的多极光增益奇异值。
2024-03-14 physics.optics
Photothermal Single Particle Microscopy
光热显微镜最近补充了单分子荧光显微镜的检测单个纳米物体的吸收。光热技术通过利用吸收纳米物体周围的热诱导折射率变化来获得其优越的灵敏度。许多新的应用，纳米粒子，纳米棒，甚至单分子已被报道，所有的事实，即光热显微镜是一个消光测量的热诱导折射率分布。在这里，我们表明，从单个分子/粒子产生光热信号的实际物理机制是从根本上不同于假设的消光测量。结合光热显微镜，光散射显微镜以及精确的米氏散射计算单个金纳米粒子，我们揭示了检测机制定量解释的纳米透镜效应的长范围的折射率分布。研究结果为单分子吸收显微镜的进一步发展和定量应用奠定了基础。
2011-05-19 physics.optics
Magnetic and Electric Mie-Exciton Polaritons in Silicon Nanodisks
纳米尺度下的光-物质相互作用是纳米光子学和量子光学工程应用的基本组成部分。在这方面，在高折射率电介质纳米颗粒中激发的电磁Mie共振最近引起了人们的兴趣，因为与其等离子体金属对应物相比，它们的损耗更低，并且对散射图案的控制更好。在这些系统中出现几个共振导致整体高度复杂性，其中电偶极子和磁偶极子在球对称的情况下具有显著的重叠，从而分别隐藏每个共振的贡献。在这里，我们表明，实验和理论上，出现强烈的光-物质之间的耦合的磁和电偶极共振的个别硅纳米盘耦合到J-聚集的有机半导体共振在光频率，证明了如何在两个不同的耦合强度的两个共振的不同属性的结果。观察到的能量分裂是相同的数量级，在类似的等离子体系统，从而确认介电纳米粒子作为有前途的替代品本地化强耦合研究。电偶极共振和磁偶极共振的耦合可以提供有趣的可能性，在强耦合制度的方向性光散射的控制和动态调谐的纳米级的光-物质耦合状态的外场。
2019-06-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Circular polarization memory in polydisperse scattering media
本文研究了圆偏振光在随机散射介质中的生存问题。这种形式的偏振的令人惊讶的持久性具有已知的对散射颗粒的尺寸和折射率的依赖性，然而缺乏关于多分散介质的一般描述。通过对Mie理论的分析，提出了一种计算复杂介质中圆偏振记忆大小的方法，该方法对颗粒尺寸和折射率的分布具有普遍性。这种记忆效应的量化使得能够基于漫射圆偏振光的测量来实现恢复颗粒尺寸分布的替代途径。
2015-02-26 physics.class-ph physics.optics
Retrieving refractive index of single spheres using the phase spectrum of light-scattering pattern
在WKB近似下，分析了球的角分辨光散射图（LSP）的复傅里叶谱的行为。具体来说，我们表明，在振幅谱的主峰的相位值几乎平方依赖于粒子的折射率，这是通过使用WKB近似和严格的Lorenz-Mie理论的数值模拟证实。基于这些结果，我们构建了一种使用主峰位置和此时的相位值表征聚苯乙烯珠的方法。我们测试了噪声合成LSP和扫描流式细胞仪测量的真实数据的方法。在这两种情况下，光谱方法与参考非线性回归方法一致。前一种方法导致检索粒子特性的可比误差，但比后者快300倍。谱方法的唯一缺点是由于相位缠绕而需要先验设置的粒子特性的有限操作范围。因此，它的主要应用领域是快速和精确的特性变化范围小的球体。
2022-10-01 physics.optics
Tailored multipolar optical trapping with higher-order structured light
The Institute of Optics, University of Rochester（罗切斯特大学光学研究所）；Department of Physics, University of Rochester（罗切斯特大学物理系）；Center for Coherence and Quantum Optics, University of Rochester（罗切斯特大学相干与量子光学中心）
本研究结合矢量聚焦与广义洛伦兹-米氏理论，探索高阶柱对称光束对米氏硅纳米球的多极捕获，预测八极共振下稳定灰捕获，为亚波长粒子分选等应用奠定基础。
2026-09-29 physics.optics
Computational discovery of high-refractive-index van der Waals materials: The case of HfS$_2$
本研究结合从头算与实验筛选高折射率范德华材料，发现HfS₂在可见光区折射率超3且各向异性强，经实验验证其光学特性与环境稳定性方案，证实其可见光光子应用潜力。
2025-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Measurement of Nanoscale Surface Disturbances on Liquid Jets Using the Mie Scattering Method
School of Astronautics, Beihang University（北京航空航天大学宇航学院）；Ningbo Institute of Technology, Beihang University（北京航空航天大学宁波研究院）；National Key Laboratory of Aerospace Liquid Propulsion（航天液体动力国家重点实验室）；State Key Laboratory of High-Efficiency Reusable Aerospace Transportation Technology（高效可重复使用航天运输技术国家重点实验室）
本文提出一种基于米氏散射的测量技术，用于表征液射流上的纳米级表面扰动，通过反演算法实现亚纳米分辨率检测，并识别出初始扰动的两种内在特征。
2026-09-24 physics.flu-dyn physics.optics
Ultra-wide plasmonic tuning of semiconductor metasurface resonators on epsilon near zero media
完全可重新配置的超表面将使新型光学设备能够提供对电磁波束形成的前所未有的控制。实现可重构性的主要挑战是需要产生亚波长、低Q超颖表面谐振器的大的可调谐性。在这里，我们证明了大的折射率调谐可以有效地促进在中红外波长使用新的温度依赖性控制自由载流子折射。在掺杂InSb中，我们证明了电子有效质量的近两倍增加，导致远大于传统热光效应的正折射率偏移（Δn>1.5）。在未掺杂的薄膜中，我们证明了超过10倍的热自由载流子浓度的变化，产生一个接近统一的负折射率偏移。利用这两种效果在一个单一的谐振器系统，本征InSb线上的重掺杂（接近零）InSb基板，我们展示了动态可调谐米氏谐振。观察到的大于线宽的共振位移（Δλ>1.5μm）为高度可调谐和可重构的中红外半导体超颖表面提供了新的途径。
2017-02-04 physics.optics
High-Q, size-independent, and reconfigurable optical antennas via zero-index material dispersion engineering
本研究通过将米氏谐振器嵌入零折射率材料中，克服了传统光子晶体和米氏共振的局限，实现了超过100的高Q因数、尺寸无关性及热调谐可重构性，为动态高Q光学器件提供了新途径。
2025-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical polarizability of erbium-oxygen complexes in sol-gel-based silica films
对于掺铒的非晶氧化物，例如用于与硅接合的紧凑型光波器件中的那些，折射率的值通常凭经验获得。这项工作，结合实验和理论研究，检查二氧化硅作为示范主机和铒掺杂的折射率的影响。本文分析了在硅上旋涂溶胶-凝胶前驱体并随后真空退火制备的重掺铒二氧化硅薄膜在紫外到近红外波长范围内的光谱折射率数据。有效介质Lorentz-Lorenz数据分析确定掺杂剂组分具有1.76（0.24）的折射率，波长色散被限制在2%以内。考虑到掺杂剂作为一个本地化的ErO 6杂质络合物，相应的理论折射率为1.662推导出通过计算的光学极化率和体积的杂质。室温下（293 K）的光致发光在1.54微米附近的数据显示是一致的随机变异杂质网站。讨论了研究胶体基材料的固有优势。据作者所知，在文献中首次报道了与二氧化硅中铒杂质相关的折射率的详细研究。
2021-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dielectric spheres with maximum forward scattering and zero backscattering: A search for their material composition
表现出零后向散射但在前向方向上具有大散射截面的纳米颗粒应该在像太阳能电池的光子器件中作为光衍射元件发挥关键作用。使用米氏理论，我们解决无损介质球，最近报道具有磁介电响应的照明波，并分析其散射截面连同其零向后散射条件。我们发现，有一个最佳的颗粒折射率（m = 2.47），这产生最大的前向散射没有向后光的散射。
2015-11-04 physics.optics
Controllable transport mean free path of light in xerogel matrixes embedded with polystyrene spheres
通过溶胶-凝胶技术制成的干凝胶基质嵌入聚苯乙烯球以促进光的多次光的散射。改变基质内球体的浓度允许调节材料内光的传输平均自由路径。相干后向散射测量表明，从90至600 nm的范围内的运输平均自由程是很容易实现的。矩阵折射率的测定允许直接比较多次散射和米氏理论。这种可调扩散溶胶-凝胶衍生的样品可以进一步优化为随机激光材料。
2008-12-12 physics.optics
Transition metal dichalcogenide nanospheres for high-refractive-index nanophotonics and biomedical theranostics
共振介电纳米结构领域的最新进展为在纳米尺度上聚集和操纵光以及建立全介电纳米光子学的新激发领域创造了诱人的机会。具有纳米图案化表面的过渡金属二硫属化物（TMDC）特别有希望用于这些任务。尽管如此，这些结构的制造需要复杂的光刻工艺，大大复杂的应用前景。为了弥合这一差距，拓宽TMDC纳米材料的应用范围，我们在这里报告飞秒激光烧蚀制造的水分散的球形TMDC（二硫化钼和WS 2）纳米粒子（NP）的可变尺寸（5 - 250 nm）。由于保留的晶体结构，这种纳米颗粒表现出从TMDC晶体继承的令人兴奋的光学和电子性质，这提供了明显的激子响应和高折射率值的独特组合，使得在纳米颗粒中电磁场的强集中成为可能。此外，由于米氏和激子共振之间的杂交，这种纳米颗粒提供额外的可调谐性。这些特性带来了许多重要的效应，包括增强的光吸收和光热转换。作为一个例子，我们证明了纳米粒子表现出非常强的光热响应，远远超过传统的基于Si的介电纳米谐振器。与其他介电共振结构相比，合成的TMDC纳米颗粒处于移动胶体状态并表现出优异的光学特性，为开发下一代纳米光子和纳米治疗诊断平台提供了机会，包括光热治疗和多模式生物成像。
2021-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electromagnetic scattering by homogeneous, isotropic, dielectric-magnetic sphere with topologically insulating surface states
将均匀各向同性介质磁球电磁散射的Lorenz-Mie公式推广到包含表面导纳为$γ$的拓扑绝缘表面态。推导了散射场相量系数相对于入射场相量系数的展开式。这些膨胀系数被用来获得分析表达式的总散射，消光，前向散射和后向散射的球体的效率。共振存在相对较低的值的$γ$，当球是非耗散或弱耗散。对于大值的$γ$，散射特性接近于完美的导电球，无论球是由耗散或非耗散材料组成，也无论该材料是否支持具有正或负相速度的平面波传播。
2020-03-29 physics.optics
Extended three dimensional optical tweezers with a Single Gaussian Beam in a stratified medium
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度科学教育研究学院加尔各答分校）
本文提出利用分层介质折射率梯度工程，以单高斯光束实现扩展三维光捕获，通过球差形成多稳定捕获区，为全息光镊提供简化替代方案。
2026-09-22 physics.optics
Nano-lens diffraction around a single heated nano particle
纳米级球面对称折射率分布对聚焦高斯光束的作用可以容易地设想为相位修改元件（即透镜）的作用：穿过非均匀折射率场n（r）的光线沿着它们的轨迹收集附加相位，该附加相位相对于未扰动光线提前或延迟它们的相位。这种类似透镜的作用长期以来一直被理解为薄样品光热吸收测量信号背后的机制[1，2]，其中存在圆柱对称和不同的长度尺度。然而，在光热单（纳米）颗粒显微镜中，在这种新技术出现期间，建立了复杂的，尽管预测有限的电动（EM）散射处理[3]。我们最近的研究[4]将这种EM方法扩展到一个完整的从头算模型中，描述了所遇到的情况的现实，并首次表明信号背后的机制，尽管其纳米级起源，也是仅隐藏在理论Mie框架的复杂伪装中的诱导折射率分布的类似透镜的作用。本文提出的衍射模型给出了轴向PT信号的形状、幅度及其角分布的简洁解析表达式，所有这些都显示出清晰的透镜特征。它进一步表明，高斯光束的古伊相位不有助于相对光热信号在向前的方向，这是不容易从更严格的EM处理明显的事实。因此，该模型可用于估计光热单粒子显微镜中的信号形状和幅度。
2011-09-13 physics.optics
Holographic characterization and tracking of colloidal dimers in the effective-sphere approximation
胶体球的同轴全息图可以用光散射的洛伦兹-米氏理论进行分析，以纳米级精度测量球体的三维位置，同时以千分之一的精度测量其直径和折射率。将相同的技术应用于非球面或不均匀的颗粒，产生代表颗粒几何形状和组成的平均值的有效球体的位置、直径和折射率。这种有效球的解释已成功地应用于多孔，酒窝和涂层的球体，以及纳米颗粒的分形簇，所有的不均匀性出现在小于光波长的长度尺度。在这里，我们结合数值和实验研究，探讨有效领域的特征对称二聚体的微米级领域，一类非球面物体，通常出现在现实世界中的分散体。我们的研究表明，有效球的解释有效地识别二聚体的单分散胶体球的全息表征研究。二聚体轴向位置的有效球估计值与其质心的真实值非常接近。此外，有效球直径和折射率的趋势可用于测量二聚体的三维取向。当应用到胶体二聚体运输的Poiffille流，估计的取向分布是一致的预期布朗粒子经历杰弗里轨道。
2020-12-24 cond-mat.soft physics.optics
Positive and negative extinction of active particles
利用解析Lorenz-Mie散射理论和数值方法，分析了活性粒子对电磁波的响应。粒子由均匀的、非磁性的、介电各向同性的介质组成。球形散射体和尖锐和圆形立方体的治疗。活性粒子的吸收截面是负的，因此在它们的电磁响应中显示出增益。由于散射截面总是正的，它们的消光可以是正的、负的或零。我们构建了一个五类分类的主动和被动的电介质粒子。指出了有源散射体表现出的后向散射增强现象，并讨论了消光佯谬和光学定理。最后，使用COMSOL Multiphysics和内部矩量法代码，说明了有源散射体的非球形对其电磁响应的影响。
2022-09-22 physics.class-ph physics.optics
Strong field confinement in air and enhanced optical Kerr nonlinearity of high-index star-shaped pore membrane metasurfaces
Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院远东分校自动化与控制过程研究所）
研究以GaP为模型，设计星形孔膜超表面，利用其强场限域特性使空气区电能密度提升7倍，非线性折射率增强三个数量级，为非线性光学提供新平台。
2026-10-15 physics.app-ph physics.optics
