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
Gain-Embedded Meta Mirrors for Optically Pumped Semiconductor Disk Lasers
提出并分析了一种利用亚波长光栅反射器结合光学增益的有源反射镜结构。该结构被设计成直接结合到热衬底（例如金刚石）以有效地散热。我们提出的光波传播和热输运分析表明，这种结构是非常适合的光泵半导体盘激光器的功率缩放到多千瓦CW功率操作。
2018-12-10 physics.app-ph physics.optics
Numerical Investigation of Light Emission from Quantum Dots Embedded into On-Chip, Low Index Contrast Optical Waveguides
将单光子发射器集成到量子光学电路中将使新的小型化量子光学器件成为可能。在这里，我们数值研究半导体量子点嵌入到低折射率对比波导。我们讨论了一个模型来计算发射光场的波导的基本传播模式的耦合效率，我们优化的波导尺寸参数最大的耦合效率。此外，我们表明，对于横向裁剪波导的相互作用的Purcell增强和优化的场分布可以提高耦合效率的约2倍。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Self-consistent calculation of metamaterials with gain
我们提出了一个计算方案，允许自洽处理的色散金属光子超材料耦合到增益材料纳入纳米结构。增益由一个通用的四电平系统描述。为了补偿超材料的损耗，存在一个临界泵浦速率。非线性的出现是由于增益损耗超过某一临界强度的测试领域。透射，反射和吸收数据，以及检索到的有效参数的晶格谐振方柱嵌入层的增益材料和开口环谐振器与增益材料嵌入到间隙中。
2009-07-05 physics.optics
Simultaneous Realization of Coherent Perfect Absorber and Laser by Zero-Index Media with both Gain and Loss
本文研究了一种具有增益和损耗的零折射率介质（ZIMGL），它的有效介电常数和磁导率都是纯虚的，并且符号相反。我们用解析的方法证明了，用一个损耗和增益相等的ZIM-GL板条，可以同时获得相干的理想吸收体（CPA）和激光，即所谓的CPA激光。CPA激光器以前已经在宇称时间（PT）对称系统中发现。然而，PT对称系统中的基本物理与ZIM-GL中的物理不同。通过设计一种由核-壳结构的棒组成的光子晶体，使损耗和增益分布在核和壳中，实现了这种ZIM-GL。在我们的数值模拟中也证实了这种PC的CPA激光功能。我们的工作为同时实现CPA和激光器提供了一种不同于PT对称系统的途径。
2016-08-25 physics.optics
Total internal reflection and evanescent gain
当光从高折射率介质入射到低折射率介质上时，对于大的入射角发生全内反射。我们考虑的情况下，低指数介质是活跃的。通过调用其最基本的形式的因果关系，我们认为，倏逝增益可能会出现或可能不会出现，这取决于介电常数函数的分析和全局属性。对于传统的弱增益介质，我们表明，有一个绝对的不稳定性与无限的横向尺寸。这种不稳定性可以忽略或消除在某些情况下，其中倏逝增益占主导地位。
2011-10-15 physics.optics
Overcoming losses with gain in a negative refractive index metamaterial
基于全矢量三维Maxwell-Bloch方法，研究了在负折射率渔网状超材料中利用增益来克服损耗的可能性。我们表明，适当放置光泵激光染料（增益）到超材料结构的结果在一个频带中的非双各向异性超材料成为放大。在该区域中，有效折射率的实部和虚部同时变为负值，并且品质因数在两个不同的频率点处发散。
2010-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Correction to the Effective Refractive Index and the Confinement Factor in Waveguide Modeling for Quantum Cascade Lasers
本文导出了量子级联激光器波导设计中的有效介质折射率和限制因子的计算公式，与以往文献中的计算公式相比，应用严格的微扰理论，考虑了波导结构和材料的各向异性光学增益和非厄米特性的影响，对限制因子和有效增益作了百分之几的修正。这个结果可以很容易地推广到任何具有分层结构的光学器件。
2021-07-20 physics.optics
Stabilization of Broad Area Semiconductor Laser sources by simultaneous index and pump modulations
我们表明，宽面积半导体放大器和激光器的发射可以有效地稳定，通过引入，二维周期性调制的折射率和泵浦（增益-损耗）的配置文件，同时在横向和纵向方向。这种折射率和增益损耗调制之间的相互作用有效地抑制了图案形成不稳定性，从而从此类光源产生高度稳定且明亮的窄输出光束。我们还确定了作为泵电流和线宽增强因子的函数的设备的稳定性能。
2018-02-21 physics.optics
Light scattering in pseudo-passive media with uniformly balanced gain and loss
我们介绍了一类具有均匀平衡的增益和损耗与复介电常数和磁导率常数的超材料。这种平衡的伪无源超材料的折射率是真实的。无界均匀伪无源介质的输运特性与具有相同实折射率的真正无源无耗介质的输运特性相似。然而，有界的伪被动样品显示出一些意想不到的散射功能，可以进一步强调，包括这样的元素在光子结构。
2015-01-09 physics.optics
Active metamaterials: sign of refraction index and gain-assisted dispersion management
我们推导出一种方法来定义的因果方向的波矢量的模式在光学超材料，这反过来又决定了符号的折射率和阻抗的{ \it实部和虚部的介电常数和磁导率的函数。我们使用开发的技术来证明，超材料的成分的共振响应之间的相互作用，可以用来实现有效的色散管理。最后，我们展示了宽带色散的折射率和阻抗匹配在有源陶瓷基负折射率材料。我们的工作开辟了新的实际应用负折射率复合材料的宽带透镜，成像和脉冲路由。
2007-04-27 physics.gen-ph physics.optics
Temporal Bragg Gratings: Broadband Reconfigurable Parametric Amplifiers
University of Southampton（南安普顿大学）
本文研究时域布拉格光栅作为宽带可重构参量放大器的特性，通过数值模拟探讨了调制位置、频率和幅度对增益谱和场动力学的影响，发现高折射率调制能提供更高增益，并展示出频率可调和强不对称性。
2026-04-14 physics.optics
Evanescent Gain in "Trapped Rainbow" Negative Refractive Index Heterostructures
本文从理论上和数值上分析了由无源负折射率（NRI）芯层和包层中的增益带组成的五层“陷波彩虹”波导。分析传输矩阵计算和全波时域模拟部署计算，无论是在频域和在时域中，所经历的复波矢量和复频率模式的损失或增益。我们发现一个很好的协议之间的五组不同的结果，都表明，使用倏逝波泵浦（增益）可以补偿NRI慢光制度的损失。
2010-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Numerical analysis of effective refractive index bio-sensor based on graphene-embedded slot-based dual-micro-ring resonator
提出了一种由缝隙双微环谐振器和单层石墨烯组成的新型生物传感器结构，基于石墨烯的类电磁感应透明（EIT）现象和光吸收特性，利用耦合模理论和Kubo公式对透射率进行了理论分析，结果表明，在非对称线型的情况下，透射谱为类EIT谱。利用时域有限差分法（FDTD）对透射谱进行了三维模拟，得到了透射谱的场分布，该传感器的理论灵敏度为330 nm/RIU，最小检测限为3600 RIU，最大消光比为4.4dB，最后，以葡萄糖溶液为例，对该传感器的性能进行了仿真，结果表明，该传感器的品质因数为1288，结构紧凑，尺寸为15 μ m * 10 μ m。
2022-01-14 physics.app-ph physics.optics
Guiding light through quasi-TE modes embedded in the radiation continuum
本研究提出一种存在于双耦合波导光子结构中的新型连续谱束缚态（BIC），通过调节结构参数抑制耦合即可产生该BIC，首次实现了在低折射率纤芯中真正传导准TE模式。
2024-12-12 physics.optics
Time-reversal invariant scaling of light propagation in one-dimensional non-Hermitian systems
光在正常介质中的传播不仅由折射率的实部决定，还由其虚部决定，虚部代表光的增益和损耗。因此，具有不同增益和损耗景观的两种介质可以具有非常不同的透射和反射光谱，即使它们的折射率实部相同。在这里，我们表明，虽然这一观察是真实的任意一维介质的折射率$n(x)$和它的时间反演伙伴折射率$n^*(x)$，存在一个普遍的缩放，使相同的透射率和反射率在这些相应的系统。有趣的是，这些缩放的透射率和反射率在时间反演不变系统中减少到它们的标准的、未缩放的形式，即，一个没有收获或损失。
2019-05-25 physics.optics
A lasing mechanism based on absorption boundary of gain materials
实验研究了一种新的激光机制。它与传统的带腔激光器和随机散射的随机激光器有很大的不同。在这种机制中，泵浦光的强度依赖性折射率效应和热透镜效应在增益材料中引起大的折射率梯度，这形成了被动等效边界，在激光系统中提供反馈。本文设计了一个实际的激光系统--液体圆盘激光器，它实现了二维全向辐射，效率高达28%，其辐射光谱特性可以用共振拉曼散射解释。
2013-06-27 physics.optics
High-gain far-detuned nonlinear frequency conversion in optical fibers: intramodal vs. intermodal processes
本文通过理论与实验证明少模渐变折射率光纤在1.064 μm泵浦下可实现覆盖可见光至中红外的远失谐高增益频率转换，并强调准确区分模内与模间四波混频过程的重要性。
2024-05-02 physics.optics
Three-dimensional Negative-Refractive-Index Metamaterials Based on All-Dielectric Coated Spheres
提出并理论证明了一种由全介质纳米球构成的三维光学负折射率超材料。这种超材料是由两种介电纳米球组成的同心壳层嵌入到宿主介质中。基于Mie的扩展有效理论表明，由于强Mie共振，电介质芯和电介质壳分别提供负磁导率和负介电常数。在耦合谐振频率范围内，可以实现负折射率。
2010-04-27 physics.optics
Stimulated brillouin scattering in nanoscale silicon step-index waveguides: A general framework of selection rules and calculating SBS gain
提出了一种利用本征模与本征模的重叠积分计算受激布里渊散射（SBS）增益系数的方法。我们表明，空间对称性的光学力决定的可激发的弹性模式的选择规则。通过将该方法应用于矩形硅波导，我们证明了在前向和后向SBS过程中，光力和弹性本征模的空间分布共同决定了SBS增益系数的大小和标度。我们进一步将这种方法应用于模间SBS过程，并证明了不同光学模式之间的耦合是激发具有所有可能对称性的弹性模式所必需的。
2012-10-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Bringing the 'perfect lens' into focus by near-perfect compensation of losses without gain media
本文研究了一种具有实用价值的非理想Pendry负折射率平板透镜的光学特性和成像性能。对透镜的光学特性进行了解析计算，并将计算结果用于进一步研究透镜和相应的成像系统。等离子体激元注入计划的损失补偿负折射率超材料应用到成像系统的结果，导致在一个完美的重建以前未解决的图像，演示子衍射极限分辨率。
2016-07-25 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
Robust localized zero-energy modes from locally embedded PT-symmetric defects
我们证明了强大的本地化零能量状态，诱导到拓扑平凡的系统插入一个PT对称缺陷与本地增益和损失的创建。当增益-损耗对比度超过某一阈值时，由缺陷引起的一对强局域态转变为零能模，在该阈值处缺陷态遇到一个例外点。我们的方法可以用来获得强大的激光或完美的吸收模式在系统的任何部分。
2020-06-09 cond-mat.other physics.optics
Quasinormal modes and Purcell factors of coupled loss-gain resonators and index-modulated ring resonators near exceptional points
首先，我们提出了一个准正规模（QNM）理论的耦合损耗增益谐振器附近的例外点工作。假设线性介质，这可以完全量化使用的QNM的复极属性，我们展示了如何QNM产生一个定量良好的模型，以充分偶极子自发发射响应麦克斯韦方程组在各种空间位置和频率（线性响应）。我们还开发了一个高度准确和直观的QNM耦合模理论，它可以用来严格建模这样的系统，只使用裸谐振器的QNM，其中的混合QNM的完整系统自动获得。在一个有损耗的例外点附近，我们分析了QNM如何产生类似洛伦兹和类似洛伦兹平方的响应的自发发射线形，与其他作品一致。然而，使用严格的分析和数值解的微盘谐振器，我们表明，一般的线型是远远丰富的比以前预测的。事实上，自发发射的经典图像可以从耦合损耗-增益系统的混合模式中呈现出大范围的正和负珀塞尔因子。尽管负的局域态密度是正确的，但这些负的珀塞尔因子是非物理的，表明在这种介质中自发发射的经典偶极图被清楚地打破了。我们还展示了格林函数传播子丰富的谱特征，它可以用来模拟各种物理观测量。其次，我们提出了一个QNM方法来模型的折射率调制的环形谐振器工作在一个例外的点附近，并显示不寻常的手征功率流从线偏振发射器，在最近的实验，这是定量解释，而不调用一个失踪的尺寸（约旦矢量）的解释和腔本征模去耦。
2021-03-24 physics.optics
On Negative Index Metamaterial Spacers and Their Unusual Optical Properties
我们从理论上探讨了使用超材料结构作为间隔物的可能性，命名为metaspacer，它可以与其他材料集成在微细加工中。我们表明，这样的metspacers可以提供新的光学行为，是不可能通过传统的间隔。特别是，我们研究了嵌入在渔网超材料结构中的负折射率超空间，并将其与传统的渔网超材料结构进行了比较。我们发现，基于负折射率超空间的渔网结构具有有趣的反向光学响应。我们还观察到，共振频率对几何参数的依赖性是相反的。我们的结论与这些元空间的实用性。
2012-12-30 physics.optics
Embedded Scattering Eigenstates Using Resonant Metasurfaces
光学嵌入本征态是开放结构中与辐射相容的局域模，但它们具有无限的寿命和发散的品质因数。它们在所有维度上都是有限的纳米结构中的实现具有固有的挑战性，因为它们需要具有极端电磁特性的材料。在这里，我们开发了一种新的方法来实现这些束缚态的连续使用纳米粒子阵列组成的超表面。我们首先表明，阵列的无损纳米粒子可以实现嵌入的本征态的条件，然后探索使用银纳米粒子涂覆增益介质壳，以补偿材料损失和恢复嵌入的本征态，尽管现实的损失等离子体材料。我们讨论了可能的实验实现所提出的结构，并提供了有用的指导方针，在纳米光子学系统的实际实施大大增强了光-物质相互作用。这些超颖表面可以导致高效的激光器、滤波器、频率梳产生和传感器。
2018-02-12 physics.optics
Frequency dependence of mode coupling gain in Yb doped fiber amplifiers due to stimulated thermal Rayleigh scattering
利用数值模型研究了阶跃折射率掺Yb光纤放大器中受激热瑞利散射引起的模式耦合增益的频率特性。增益峰值处的频率随纤芯尺寸、掺杂尺寸、布居饱和度、热透镜效应、光纤盘绕、泵浦方向、光暗化和泵浦噪声谱而变化。只要有可能，就将预测的频率与测量值进行比较。
2013-01-18 physics.optics
Gain and plasmon dynamics in negative-index metamaterials
光子超材料允许一系列令人兴奋的应用无法实现与普通的光子晶体。然而，它们的元原子的金属性质可能导致增加的光学损耗。增益增强超材料是解决这个问题的一个潜在方案，但现实的三维设计的概念是一个具有挑战性的任务。从基本的电动力学和量子力学方程出发，我们建立并部署了一个严格的理论模型，用于光波与金属（纳米）结构和增益介质内部和周围的自由和束缚电子的空间和时间相互作用。导出的数值框架使我们能够自洽地研究相干等离子体增益相互作用，非线性饱和，场增强，辐射阻尼和空间色散的动力学和影响。利用数值泵浦-探测实验，我们研究了具有染料分子夹杂物的双鱼网超材料结构的反转轮廓的建立和低Q腔中等离子体激元模式的形成。我们发现，全损耗补偿发生在一个政权的超材料的有效折射率的实部变得更负相比，被动的情况下。我们的研究结果提供了一个深刻的洞察内部过程如何影响的整体光学性能的有源光子超材料培育新的方法来设计的实际损失补偿等离子体纳米结构。
2011-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Self-organization of dissipationless solitons in negative refractive index materials
从麦克斯韦方程组出发，从头算导出了负折射率材料中电场传播的一般非线性、非傍轴耗散复Helmholtz方程。为了描述NIM中的非保守孤子动力学，将这类耦合方程化为广义Ginzburg-Landau方程。饱和非线性、损耗和增益之间的交叉补偿使得这些自组织孤子无耗散且异常鲁棒。这种孤子的存在使得NIM有效地无耗散。
2009-05-01 physics.optics
Impact of refractive index heterogeneity on stimulated Brillouin scattering microscopy: a quantitative analysis
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；European Molecular Biology Laboratory（欧洲分子生物学实验室）
研究探讨了折射率异质性对受激布里渊散射显微镜中增益测量的影响，通过有限元模拟和凝胶基质中聚二甲基硅氧烷珠的实验，发现折射率不匹配导致焦点场畸变，影响泵浦-探测光束重叠，从而降低布里渊增益和界面位移精度。
2026-03-07 physics.app-ph physics.optics
Pronounced Purcell enhancement of spontaneous emission in CdTe/ZnTe quantum dots embedded in micropillar cavities
研究了CdTe/ZnTe量子点（QD）发光与微柱腔本征模在弱耦合区的耦合。分析了以MgSe/ZnTe/MgTe超晶格为低折射率材料的Bragg反射镜为基础的单片微柱腔中量子点的光致发光谱。柱发射显示出明显的腔本征模，其光谱形状与模拟结果吻合良好。量子点发射的谐振腔模式被证明是有效地引导朝向检测器和实验的Purcell增强的5.7倍，确定，确认理论预期。
2012-07-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electrically reconfigurable silicon photonic filter enabled by embedded phase change material in microring resonator
报道了一种基于硅微腔中嵌入相变材料$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$的可调谐光滤波器。非晶相$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$的高热光系数使得能够以非常小的有效体积在宽范围内调谐谐振波长。采用低损耗的氧化铟锡电极在$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$ -Si有源波导区产生焦耳热。在有源区中的电诱导加热改变了混合微晶体的有效折射率，从而导致对于仅3V的施加电压的1.04nm的波长调谐。该器件具有20-41 dB的高消光比和仅0.96 $μm^{2}$的紧凑有源封装，适用于大规模可重构集成光子电路。
2020-01-10 physics.app-ph physics.optics
Active Negative Index Metamaterial Powered by an Electron Beam
介绍了一种新型的有源负折射率超材料，它的增益来自于电子束。这种超材料由一堆等距的平行金属板组成，金属板上有一排周期性的孔，形状像互补的开口环谐振器。结果表明，这种结构支持一个负折射率的横向磁电磁模式，可以与相对论电子束共振相互作用。这种超材料可以用作相干辐射源或粒子加速器。
2012-04-30 cond-mat.mtrl-sci 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
