A Rigorous Time-Domain Analysis of Full--Wave Electromagnetic Cloaking (Invisibility)
目前，人们对用电磁波掩盖物体的观测在理论和实践上的可能性有很大的兴趣。这些不可见装置\cite{glu1, glu2, le}、\cite{pss1}的基本思想是使用各向异性{ \it变换介质}，其介电常数和磁导率$\var^{λν}, μ^{λν}$通过坐标的奇异变换从各向同性介质的介电常数和磁导率$\var_0^{λν}, μ^{λν}_0$获得。本文利用含时散射理论研究了时域电磁隐身问题。这种形式主义使我们能够以一种明确的方式解决由{ \it变换介质}的介电常数和磁导率的倒数的奇异性在隐身物体的边界上所引起的数学问题。我们将麦克斯韦方程组写成薛定谔形式，电磁传播子扮演哈密顿量的角色。我们证明了隐身物体外的电磁传播子本质上是自伴的。此外，唯一的自伴扩张是酉等价的电磁传播介质$\var_0^{λν}, μ^{λν}_0$。利用这一事实，由于坐标变换是球外的恒等式，我们证明散射算子是恒等式。我们的结果给出了一个严格的证明，\cite{glu1, glu2, le}，\cite{pss1}的建设完美地掩盖被动和主动设备从电磁波的观察。此外，我们证明了一般各向异性材料的隐身。特别是，我们的研究结果证明，有可能将物体隐藏在一般的晶体中。
2008-02-04 math-ph math.MP physics.optics
Rigorous analysis of extremely asymmetrical scattering of electromagnetic waves in slanted periodic gratings
极不对称散射（EAS）是一种新型的周期性厚光栅布拉格散射。当散射波平行于光栅的前边界传播时，这是实现的。其最重要的特征是与入射波的振幅相比，散射波振幅的强烈共振增加：光栅振幅越小，散射波的振幅越大。本文采用改进的T矩阵算法对EAS进行了严格的数值分析。这包括调查的谐波产生内部和外部的光栅，异常强大的边缘效应，快速振荡的入射波的振幅在光栅等与以前开发的近似理论进行比较。特别是，它表明，在EAS的情况下，两波近似的适用条件是明显的限制比那些传统的布拉格散射。同时，它表明，近似理论通常是高度准确的描述EAS在最有趣的情况下，散射与强共振增加的散射波振幅。物理解释的预测效果。
2005-09-07 physics.optics
Benchmark of FEM, Waveguide and FDTD Algorithms for Rigorous Mask Simulation
将一种用于光子晶体传输分析的快速时谐有限元法应用于掩模模拟问题。通过对一组典型问题的研究和对两种已建立的方法（FDTD和差分方法）的基准测试以及一个分析实例，证明了该方法的适用性。新的有限元方法是高达100倍的速度比竞争的方法为中等的目标精度，它是唯一的方法，允许达到高的目标精度。
2006-01-19 physics.comp-ph physics.optics
Accurate near-field calculation in the rigorous coupled-wave analysis method
严格耦合波分析（RCWA）是周期性光学结构建模最成功且应用最广泛的方法之一。它产生电磁远场的快速收敛，并已被适配为各种光学设备和波配置的模型。在这篇文章中，我们调查的准确性，电磁近场可以通过使用RCWA计算和解释所观察到的缓慢收敛和数值工件，它遭受，即非物理振荡在材料边界由于吉布斯现象。为了减轻这些缺点，我们还介绍了一个精确的近场计算的数学公式RCWA，一维和二维直和倾斜的衍射光栅。这种精确的近场计算方法进行了测试和评估的几个代表性的测试结构和配置，以说明所提出的修改制定的RCWA提供的优点。
2015-07-23 physics.optics
A rigorous analysis of high order electromagnetic invisibility cloaks
Pendry等人最近提出的基于变换方法的隐形斗篷目前引起了很大的兴趣。他们用一阶变换得到了结果。在最近的论文中，Hendi等人和Cai等人考虑了具有高阶变换的隐形斗篷。本文研究了一般各向异性介质经高阶变换后得到的变换介质中的高阶电磁隐身衣。我们考虑的情况下，有一个有限数量的球形斗篷位于空间中的不同点。我们证明了对于任意频率的平面波入射，散射波恒为零。我们还考虑了有限能量波包的散射。我们证明了散射矩阵是恒等式，即，对于任何输入波包，输出波包与输入波包相同。这证明了在任何电磁波在高阶变换介质，特别是Pendry等人的一阶变换介质中的散射实验中都不能探测到隐身衣，并证明了高阶隐身衣与一阶隐身衣一样，也能隐身无源和有源器件.隐形的物体与外部完全分离。实际上，外部的隐身与被隐身对象内部的内容无关。隐身物体内部的电磁波不能离开隐蔽区域，反之亦然，隐身物体外部的电磁波不能进入隐蔽区域。当我们证明我们的结果，从一般的各向异性材料的转换获得的媒体，我们证明，它是可能的斗篷内的一般晶体的对象。
2008-02-20 math-ph math.MP physics.optics
From Whitney Forms to Metamaterials: a Rigorous Homogenization Theory
一个严格的均匀化理论的超材料-人工周期性结构明智地设计控制电磁波的传播-发展。所有的粗粒度字段明确定义和有效的参数，然后推导出没有任何启发式的假设。该理论融合了两个概念：Smith & Pendry对场平均的物理见解和Whitney-Nedmont-Bossavit-Kotiuga插值的数学框架。所有的粗粒度场都是通过惠特尼形式定义的，并且精确地满足麦克斯韦方程。新的方法与几个分析和数值例子说明，并同意与已建立的结果（例如麦克斯韦-加内特公式和零细胞大小限制）的适用范围内，后者。的近似误差的来源和相应的合适的误差指标明确识别，以及进一步提高精度的系统路线。所提出的方法应该适用于超材料和电磁波以外的领域--例如声学和弹性。
2010-10-18 cond-mat.other physics.optics
The Scattering of Electromagnetic Waves from Two-Dimensional Randomly Rough Perfectly Conducting Surfaces: The Full Angular Intensity Distribution
用计算机模拟方法研究了$p$ -或$s$ -偏振光在二维随机粗糙理想导电表面上的散射。利用矩量法将表面磁场两个独立切向分量的耦合非齐次积分方程组转化为矩阵方程组，然后采用双共轭梯度稳定化方法求解。的解决方案是用来计算平均微分反射系数给定的入射角和指定的偏振的入射和散射场。通过严格的计算机模拟方法，得到了强随机粗糙表面散射光强度的全角度分布。
2009-10-03 physics.comp-ph physics.optics
A Rigorous Analysis of Plane-transformed Invisibility Cloaks
对平面变换隐身衣的电磁特性进行了定量研究。以椭圆柱隐身衣为例，采用椭圆柱波展开法求解散射场。证明了理想的椭圆柱隐身衣是固有可见的。当隐身衣直接暴露在电磁波中时，会引起明显的场散射和穿透。然而，只要斗篷的内表面由一个完美的导电衬里组成，就可以在平行于斗篷主轴的方向上实现完美的隐身。另一个平面变换斗篷与圆锥几何也被提出。这种斗篷的优点是所有的介电常数和磁导率元素是空间不变的，而没有一个是奇异的。因此，它很容易实现与人工结构的超材料。最后，我们表明，这种斗篷也可以用来掩盖一个平坦的地平面上的物体。
2009-04-30 physics.optics
Modified rigorous coupled-wave analysis for grating-based plasmonic structures with delta-thin conductive channel. Far- and near-field study
采用改进的严格耦合波分析方法研究了具有栅控三角形薄导电沟道的等离子体结构在电磁波远场和近场区域的光学特性。该技术被应用于AlGaN/GAN异质结的共振特性分析结合深亚波长金属光栅，有利于激发的二维等离子体激元在太赫兹频率范围内。在等离子体共振附近的频率的计算的收敛性进行了讨论。详细研究了光栅的填充因子和厚度等参数对结构共振吸收的影响。在近场区中的电磁场的空间分布被用于评估分离光栅门控二维电子气和光栅耦合器的贡献的等离子体结构的总吸收。
2021-01-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
3D Simulations of Electromagnetic Fields in Nanostructures using the Time-Harmonic Finite-Element Method
对电磁场传播过程进行严格的计算机模拟已经成为纳米结构元件光学计量和光学设计的重要工具。如在先前的基准测试中已经示出的，目前使用的方法中的一些遭受低收敛速率和/或结果的低精度，并且表现出非常长的计算时间，这使得应用于扩展的2D布局图案不切实际。我们解决3D模拟任务，通过使用有限元求解器，已被证明是优于竞争的方法，由几个数量级的精度和计算时间为典型的微光刻模拟。我们报告的求解器的当前状态，将高阶边缘元素，自适应细化方法，和快速求解算法。此外，我们研究了求解器的性能在三维模拟项目的光衍射的交替相移接触孔掩模。
2007-05-16 physics.comp-ph physics.optics
Finite Element Simulation of Light Propagation in Non-Periodic Mask Patterns
严格的电磁场模拟是散射测量和掩模图案设计的重要组成部分。今天，主要是周期性的结构被认为是在模拟。非周期性结构通常由大的、人工周期化的计算域建模。对于具有大影响半径的系统，这导致非常大的计算域以保持误差足够小。在本文中，我们回顾了最近的进展，严格模拟孤立结构嵌入到周围的介质。我们特别解决的情况下，一个分层的周围介质（掩模或晶圆）与其他无限的不均匀性，如抗蚀剂线。在此基础上，详细介绍了如何在非周期环境下提取空间像计算所需的远场信息。
2008-04-16 physics.comp-ph physics.optics
Rigorous numerical study of strong microwave photon-magnon coupling in all-dielectric magnetic multilayers
我们从理论上证明了一个强大的局部增强的平面内微波磁场的强度在多层结构由磁绝缘钇铁石榴石（YIG）层夹在两个非磁性层与高介电常数匹配的YIG。预测的增强的激励制度时，微波磁场内的多层膜感应的带状线宽带铁磁共振（BFMR）设置的换能器。通过严格的数值解的Landau-Lifshitz-Gilbert方程一致的麦克斯韦方程组，我们调查的磁化动力学多层。我们揭示了一个强大的光子-磁振子耦合，这表现为反交叉的铁磁共振（FMR）磁振子模式支持的YIG层和电磁共振模式支持的整个多层结构。磁振子模式的频率取决于外部静态磁场，在我们的情况下，该磁场在垂直于由BFMR装置的带状线引起的微波磁场的方向上切向地施加到多层膜。电磁模式的频率与静态磁场无关。因此，预测的光子-磁振子耦合对所施加的磁场敏感，并且因此可以用于基于由于YIG层而可同时实现的负介电常数和磁导率的磁可调谐超材料中。我们还认为，预测的光子-磁振子耦合可能会在微波量子信息系统中找到应用。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Simulador electromagnético eficiente para el diseño de rejillas de difracción débiles en guías dieléctricas
针对激光雷达等应用对弱衍射光栅的需求，本文提出一种基于经典微扰方法和电路方法的高效电磁仿真器，在保证准确性的同时将仿真时间最多缩短16倍。
2025-03-06 physics.optics
Classical and quantum electromagnetic momentum in anisotropic optical waveguides
Paderborn University（帕德博恩大学）；Institute for Photonic Quantum Systems (PhoQS), Paderborn University（帕德博恩大学光子量子系统研究所）
研究各向异性光学波导中经典和量子电磁动量的关系，通过正交条件建立动量与能量正交性的联系，为光子电路中电磁场的量子化提供理论基础。
2025-12-18 physics.optics quant-ph
Electromagnetic modeling of near-field phase-shifting contact lithography with broadband ultraviolet illumination
模拟了近场相移接触光刻技术，研究了一面与石英二元相移掩模接触的光刻胶层的电磁吸收特性。宽带紫外照明被表示为垂直入射平面波的频谱。进行严格的耦合波分析以确定光致抗蚀剂层的吸收光谱。光致抗蚀剂层中的特定吸收率的计算和检查的几何参数。在光致抗蚀剂层中的柱状特征与单色照明相比在宽带照明上具有更高的质量，与最近的一些实验结果一致。相移掩模中的凹槽深度显著影响特征分辨率和轮廓。理想地，对于横向磁模式中的宽带照射，特征线宽可以小于约100 nm。这些结论受到光致抗蚀剂的光化学波长特性的修改。
2019-08-17 physics.app-ph physics.optics
Radiation pressure and the linear momentum of the electromagnetic field in magnetic media
我们研究的力的电磁辐射的线性，各向同性，均匀介质中指定的电容率ε和磁导率μ。提出了磁化强度M上的电磁洛伦兹力的公式，这里将其视为安培电流回路。使用所提出的公式，我们证明了动量守恒在几种情况下，是经得起严格的分析的基础上，经典的麦克斯韦方程组，洛伦兹定律的力量，和本构关系。我们的分析产生精确的表达式的介质内的电磁和机械动量的密度指定的（μ，μ）参数。这种分析的一个有趣的结果是确定了一种“内禀”机械动量密度ExM/c^2，它类似于电磁（或亚伯拉罕）动量密度ExH/c^2。(Here E和H分别是电场和磁场的大小，c是真空中的光速。）在存在电场E的情况下，与磁化强度M相关的这种固有机械动量显然与W所预测的“隐藏”动量相同。Shockley和R. P. James在近40年前
2014-01-30 physics.class-ph physics.optics
Optimal Design of Tubular Perfectly Conducting Objects in Electromagnetic Chirality
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）
针对长管状物体的电磁手性形状优化问题，采用牛顿型迭代最大化正则化手性度量，通过边界元法求解电场积分方程，设计出能激发高阶模式的高手性散射体。
2026-07-01 math.OC physics.optics
Optical Quadratic Measure Eigenmodes
我们报告了一个数学上严格的技术，有利于优化电磁场的各种光学性质。该技术利用了电磁场的线性以及它们与物质相互作用的二次性质。以这种方式，我们可以将各个场分解成光学二次测量本征模（QME）。主要应用包括聚焦光斑尺寸的优化、通过光子器件的传输以及光子和等离子体结构的结构化照明。我们验证的QME方法的有效性，通过一个特定的实验实现的聚焦光场的大小是最小化使用的贝塞尔光束的叠加。
2010-07-13 math-ph math.MP physics.optics
Optical Eigenmodes; Exploiting the quadratic nature of the energy flux and of scattering interactions
我们报告了一个数学上严格的技术，有利于优化的各种光学性质的电磁场在自由空间中，包括散射相互作用。该技术利用电磁场的线性以及强度的二次性质来定义与所考虑的相互作用相关的特定光学本征模（OEi）。主要应用包括聚焦点的大小的优化，通过亚波长孔径的传输，以及作用在微粒上的光学力。我们通过实验验证OEi方法，通过使用贝塞尔光束的叠加使聚焦光场的尺寸最小化。
2011-01-10 math-ph math.MP physics.optics
Mathematical theory for electromagnetic scattering resonances and field enhancement in a subwavelength annular gap
本文提出了一种在金属板中嵌入亚波长环形孔的电磁散射共振的数学理论，环形孔的宽度为$h\ll1$。该模型在许多三维亚波长孔结构中具有代表性，这些孔结构能够引起电磁波的共振散射和所谓的异常光透射。我们开发了一个多尺度框架的基础上结合的积分方程在外部域和波导模式扩展内的微小孔的散射问题。电磁场在孔径上的匹配导致一系列解耦的无限系统，这些系统用于建立散射问题的谐振条件。通过对无限大系统和共振条件的严格分析，我们刻画了复平面上有界区域内的所有共振。结果表明，谐振与环形孔中的TE和TEM波导模式相关联，并且它们以${\cal O}(h)$阶的虚部靠近实轴。我们还研究了入射波时的共振散射。证明了在与环形孔中的TE模相关联的谐振频率处，电磁场以${\cal O}(1/h)$阶放大。另一方面，与TEM模式相关的一个特定谐振不能由平面波激发，但可以用近场电偶极子源激发，导致${\cal O}(1/h)$级的场增强。
2022-05-11 math-ph math.MP physics.optics
