Unidirectional emission from circular dielectric microresonators with a point scatterer
圆形微谐振器是嵌入在低折射率材料中的微米尺寸的介质盘。它们具有极高的Q因子（低激光阈值）模式，这使它们成为实现微型激光源的理想候选者。然而，它们具有由系统的旋转对称性引起的各向同性光发射的缺点。为了获得高的方向性的发射，同时保持高的Q-因子，我们考虑一个微盘与点状散射体偏离中心放置在磁盘内。我们计算得到的共振模式，并表明，其中一些具有所需的特性。发射主要在与散射体相反的方向上。我们表明，经典的射线光学是一个有用的指导，以优化该系统的设计参数。我们进一步发现，在共振谱中的例外点的影响如何复杂的共振波数的变化，如果系统参数是不同的。
2009-05-14 physics.optics
Controllable emission of a dipolar source coupled with a magneto-dielectric resonant subwavelength scatterer
我们从实验和理论上证明，相对介电常数ε = 6的单个散射体的局部激发允许激发宽的偶极和四极电和磁共振，其以前所未有的方式形成发射图案。通过相对于球体适当地定位进给，3的距离，这种紧凑的天线能够在前向或后向方向上对电磁发射进行频谱分类，同时具有高的方向性增益。ε = 6的材料可以在整个频率范围内找到，这使得米氏天线有望成为从量子单光子源到电信等许多应用中的一种使能技术。
2013-09-22 physics.optics
Multipolar Decomposition of Magnetic Circular Dichroism in Arbitrarily Shaped Magneto-Dielectric Scatterers
National Institute of Telecommunications - Inatel（国家电信研究所 - Inatel）；Umeå University（于默奥大学）；University of Sao Paulo（圣保罗大学）
本研究通过多极展开方法分析磁电散射体的磁圆二色性，揭示磁化电流的多极共振可能强于传统电介质电流。
2025-10-23 physics.app-ph physics.optics
Volume Integral Formulation for the Calculation of Material Independent Modes of Dielectric Scatterers
在体积积分方程方法的框架下，我们引入了一个替代的表示的电磁场散射的均匀物体的任意形状在给定的频率，在一组模式独立于其介电常数。这是通过引入基于体积积分算子的辅助本征值问题来实现的。在此模态基础上，散射场的展开系数是散射体介电常数的简单有理函数。我们表明，通过研究从一个球体和一个圆柱体的尺寸与入射波长相媲美的电磁散射，只需要一个中等数量的模式，以准确地描述散射远场。该方法可用于研究共振散射现象，包括等离子体共振和光子共振，并设计对象的介电常数以追求散射场的规定剪裁。此外，所提出的模态展开是计算上有利的体积积分方程的直接解相比，散射场必须计算许多不同的值的介电常数，给定的大小和形状的电介质体。
2017-10-14 physics.optics
Extremely Thin Dielectric Metasurface for Carpet Cloaking
我们展示了一种新的和简单的方法来掩盖一个散射在地平面上。我们使用一个非常薄的介质超颖表面（λ/12）来重塑由散射体扭曲的波前，以模仿平坦地平面的反射图案。为了实现这种地毯式隐身，反射角必须等于散射体上各处的入射角。我们使用渐变超颖表面，并计算所需的相位梯度来实现隐身。我们的超颖表面局部地提供额外的相位波前，以补偿由几何失真引起的光路之间的相位差。我们设计我们的元表面在微波范围内使用高度亚波长介质谐振器。我们验证了我们的设计，全波时域模拟使用微结构谐振器，并表明结果匹配理论非常好。这种方法不仅可以应用于隐藏地平面上的任何散射体在微波频率下，而且还可以应用于更高频率直到近红外。
2015-03-29 physics.optics
Accumulation and control of spin waves in magnonic dielectric microresonators by a comb of ultrashort laser pulses
磁微谐振器中的自旋波是现代磁振子学的核心。在这里，我们展示了一种新的方法，可调谐的激励不同的自旋波模式的磁性微盘通过使用训练的激光脉冲的重复率高于自旋进动的衰减率。微盘被蚀刻在透明的铋铁石榴石薄膜中，光脉冲通过逆法拉第效应对自旋产生非热影响。10 GHz的激光激励的高重复率在频域和动量域中建立了自旋波共振之间的相互作用。结果，聚焦的激光光斑在盘边界附近的扫描改变了磁振子的干涉图案，并导致自旋波振幅对外部磁场的共振依赖。除此之外，我们还通过改变外加磁场实现了体自旋波和表面自旋波的转换。
2022-01-18 physics.optics
Polarizability Expressions for Predicting Resonances in Plasmonic and Mie Scatterers
偏振度表达式通常用于光学和光子学中，以模拟小颗粒的光散射。基于粒子散射系数的泰勒级数的模型不能预测介电粒子的形态共振。在这里，我们建议使用的特殊功能中出现的米氏散射系数的表达式的因式分解，以获得点状模型。这些模型可以应用于再现介质粒子的Mie共振和金属粒子的等离子体共振。它们提供了简单但强大的工具，以准确预测电介质粒子中的电磁Mie共振。
2017-05-12 physics.optics
Longitudinal optical fields in light scattering from dielectric spheres and Anderson localization of light
最近的研究表明，无序介质中点散射体之间的纵向电磁场耦合对光的安德森局域化是有害的。然而，它一直不清楚，如果这个功能是通用的或特定的点散射。本文的工作表明，在单色光照射下，球形介质散射体外的纵向场强度与散射体的尺寸有着复杂的、非单调的关系。此外，强度降低了一个空心球，而可以调整参数的涂层球，以获得一个相对较低的纵向场与强的共振散射效率。因此，随机排列的结构（空心或涂层）球可能是有前途的三维无序材料达到安德森局域化的光。
2018-07-23 cond-mat.dis-nn physics.optics
A Homogenization Technique for Obtaining Generalized Sheet Transition Conditions (GSTCs) for a Metafilm Embedded in a Magneto-Dielectric Interface
使用多尺度均匀化方法，我们推导出广义片过渡条件（GSTC）的电磁场在表面的超薄膜。组成超薄膜的散射体具有任意形状，并且嵌入在两种不同的磁介电介质之间。这些边界条件中的参数被解释为有效的电和磁的表面磁化率，这本身是有关的几何形状的散射体，构成超膜。
2016-03-16 physics.optics
Dynamics of Morphology-Dependent Resonances by Openness in Dielectric Disk for TE polarization
我们研究了TE极化介质微盘中由开放性引起的形态相关共振的动力学。第一次，我们报告说，即使相应的台球是可积的动力学表现出避免内部和外部共振之间的共振交叉。由于避免，内部和外部共振可以交换，并且内部共振的$Q$因子受到强烈影响。我们分析了各种现象引起的动力学，包括避免交叉。
2011-02-23 nlin.SI physics.optics quant-ph
Internal and External Resonances of Dielectric Disks
圆形微谐振器（微盘）是嵌入在较低折射率材料中的微米尺寸的电介质盘。它们具有复本征值（共振）的模式，这些模式是解析给出的超越方程的解。分析了在小开口极限下，即当腔的折射率趋于无穷大时，这些本征值的行为。这种分析允许人们清楚地区分TM和TE偏振的内部（Feshbach）和外部（形状）谐振模式。这对于TE偏振尤其重要，因为内部和外部共振可以在复波数平面的相同区域中找到。它还表明，对于这两种极化，内部以及外部共振可以分类定义良好的方位角和径向模态指数。
2009-03-27 physics.optics
Robust Field-Only Surface Integral Equations: Scattering from a Dielectric Body
介绍了一种求解介质散射体表面电场分量的麦克斯韦方程组的强有效的纯场非奇异表面积分方法。该方法在散射体内外同时满足矢量亥姆霍兹方程和无发散约束。用等效边界条件代替无发散条件，该边界条件与散射体表面上的电场的法向导数有关。此外，在电场和磁场的连续性和跳跃条件表示的电场在散射体的表面。与这些边界条件一起，标量Helmholtz方程的电场的内部和外部的散射体的组件是由一个完全去奇异的表面积分方法求解。与基于Stratton-Chu公式或PMCHWT公式的最流行的表面积分方法相比，我们的方法在概念上更简单，数值上更直接，因为不需要引入表面电流等中间量，并且可以完全避免使用复杂的矢量基函数。此外，我们的方法是不受数值问题，如零频率突变，不包含积分（强）奇异性。为了说明我们的方法的鲁棒性和多功能性，我们在瑞利，米氏，和几何光学散射制度的例子。考虑到电场和磁场之间的对称性，我们的理论框架也可以用于求解磁场。
2019-09-22 physics.class-ph physics.comp-ph physics.optics
Polarization-dependent resonant phenomena in all-dielectric scatterers: inversion of magnetic inductance and electric displacement
该研究通过理论与实验探究了全介质矩形亚波长薄框架近区的偏振相关共振现象，发现磁感应与电位移反转、负磁响应及偶极子角度各向异性，为三维全介质多共振微波单元设计提供了基础。
2024-10-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.class-ph
Spectral structure of electromagnetic scattering on arbitrarily shaped dielectrics
对玻恩方程进行了频谱分析，玻恩方程是一个强奇异积分方程，它模拟了电磁波与任意形状的介质散射体之间的相互作用。从光滑边界散射体上电磁散射的格林算子出发，构造了紧算子多项式和希尔伯特-施密特算子多项式。结果表明，强奇异玻恩方程具有离散谱，谱级数$ \sum_λ|λ|^2|1+2λ|^4$是收敛的，计算特征值$ λ$的多重性.这揭示了与临界介电常数$ ε_r=-1$对应的形状无关的光学谐振模式。
2021-11-01 math-ph math.MP physics.optics
Perturbative Born theory for light scattering by time-modulated scatterers
Institute of Nanoscience and Nanotechnology, NCSR “Demokritos”（德谟克利特国家科学研究中心纳米科学与纳米技术研究所）；Section of Condensed Matter Physics, National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波季斯特里安大学凝聚态物理系）
本文提出基于微扰方法的电磁散射理论框架，研究时间周期性变化介电常数的粒子散射，推导了动态系统的散射矩阵表达式，并通过分析各向同性电介质球和高介电常数圆柱体，展示模正交性对非弹性散射的抑制及参数调谐对其增强的作用。
2026-04-20 physics.optics
Optical Neutrality: Invisibility without Cloaking
我们表明，这是可能的，设计一个不可见的波长大小的金属介电超材料对象，而不会引起隐身。我们的方法是由Zhou和Hu [Phys.Rev.E74，026607（2006）]的中性包含概念到Mie散射体的扩展。我们表明，在超材料中的金属分数的增加导致从介电类金属散射，通过不可见性或光学中性的散射体的收益的过渡。形式上，这是由于多个散射级的取消，类似于Alu和Engheta [Phys.Rev.E72，016623（2005）]引入的等离子体隐身，但没有引入散射体到隐身和隐藏区域的分离。
2016-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Inverse design of optical elements based on arrays of dielectric spheres
波长尺度散射体阵列是设计具有紧凑基底面的光学元件的有前途的平台。该系统中的大量自由度允许独特和丰富的功能。然而，许多变量也产生了复杂的设计问题。虽然直观的正向设计方法适用于简单的光学元件，但它们通常无法产生复杂的元件，特别是涉及多个元件的元件。我们提出了一个逆设计方法的大型阵列的波长尺度球的基础上伴随优化或灵敏度分析和广义多球米氏理论作为一个解决方案的设计问题。我们验证我们的方法，通过设计两套光学元件上的亚波长和超波长周期性网格的散射体。这两套包括一个单透镜和一个双透镜，分别为1550 nm设计了一层和两层球体。对于亚波长（超波长）周期结构，设计的NA为~0.33（~0.5）。我们发现，在亚波长周期性条件下，单透镜和双透镜产生的焦斑半高宽比相同几何参数的理想透镜产生的焦斑半高宽小。最后，我们模拟了一个现实的实验场景中的双重球体放置在具有相同的折射率的基板上。我们发现性能相似，但在焦斑处具有较低的强度和较大的光斑尺寸。这里描述的方法将简化复杂的多功能光学元件和/或基于散射体阵列的体积光学器件的设计过程，基于指定的品质因数。
2018-06-16 physics.optics
Rigorous analysis of optical forces in dielectric structures based on the Minkowski-Helmholtz formula
本研究针对介质结构中光学力的两种分析方法缺乏通用电动力学等价性证明的问题，基于Minkowski-Helmholtz公式与电磁变分定理严格推导证明厄米条件下Maxwell应力张量法与能量法形式等价，该结论适用于多种光子结构并可用于渐变折射率系统。
2024-04-10 physics.optics
Local-field effects in radiatively broadened magneto-dielectric media: negative refraction and absorption reduction
我们给出了一个微观推导的克劳修斯-莫索蒂关系的均匀和各向同性磁介质的辐射加宽的原子振荡器。为此，图系列的电磁传播精确地计算为一个无限的双立方晶格的介电和磁偶极子的晶格常数小的谐振波长相比，$λ$。通过适当引入奇异自相互作用项，以自洽的方式考虑了基元振子跃迁频率和线宽的变化。我们表明，在辐射展宽的介质充分接近自由空间共振的折射率的实部接近值-2的极限$ρλ^3 \gg 1$，其中$ρ$是散射体的数量密度。因为同时虚部消失，因为$1/ρ$局部场效应对于实现低损耗负折射率材料可以具有重要的后果。
2007-09-27 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Reflection suppression by the hyperbolic-medium antennas and silicon particles
由具有双曲色散的材料制成的光学天线是实现有效的亚波长散射体的替代方法，并且可以克服由等离子体激元和全介电设计施加的限制。最近出现的天然双曲材料六方氮化硼支持声子极化激元激发具有低光学损耗和高各向异性。在这里，我们研究的双曲介质（HM）天线的散射特性，特别是，我们考虑的组合的两种类型的颗粒- HM酒吧和硅球-安排在一个周期性的阵列。我们分析了激发的电和磁共振的粒子和它们的重叠在阵列中的效果。我们从理论上证明，从阵列的反射率的减少可以实现与适当的粒子尺寸，不同的粒子类型的电和磁共振重叠，和共振振荡的相位。在这种情况下，广义Kerker条件得到满足，并且阵列中的颗粒二聚体有效地在前向方向上散射光。该效应可用于设计基于六方氮化硼散射体的超颖表面，并可用于中红外光子学。
2018-01-05 physics.optics
Revealing time characteristics of optical excitations in dielectric and plasmonic structures through cathodoluminescence interferometry
NWO-Institute AMOLF（荷兰皇家艺术与科学学院AMOLF研究所）；Kobe University（神户大学）；Universitat Rovira i Virgili（罗维拉-伊-维尔吉利大学）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（加泰罗尼亚研究与高等研究院）；ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那科技研究所光子科学研究所）
本研究开发CL干涉术，通过傅里叶变换分析CL干涉图获取光学共振时间特性，经多种纳米结构实验验证，实现纳米级测量的飞秒级分辨率光谱、空间与相位信息获取。
2026-08-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Predictive Formulas for Scattering Mean Free Path for General Disordered Dielectric Media Beyond the Long-Wavelength Regime
Princeton Materials Institute, Princeton University（普林斯顿大学材料研究所）；Department of Chemistry, Princeton University（普林斯顿大学化学系）；Department of Physics, Princeton University（普林斯顿大学物理系）；Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院化学与生物分子工程系）；GIST InnoCORE AI-Nano Convergence Institute for Early Detection of Neurodegenerative Diseases, Gwangju Institute of Science and Technology（光州科学技术研究院GIST InnoCORE神经退行性疾病早期检测AI-纳米融合研究所）；Program in Applied and Computational Mathematics, Princeton University（普林斯顿大学应用与计算数学项目）
该研究推导了适用于任意形状、多分散及非颗粒无序电介质的散射平均自由程预测公式，经模拟验证可准确预测波传输，为相关材料设计提供了微观结构途径。
2026-08-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.optics
Coupling between Fano and Bragg bands in photonic band structure of two-dimensional metallic photonic structures
数值研究了二维金属棒阵列的频率和透射谱。基于最近对具有电介质棒的二维光子晶体的能带结构的分析[P. Markovich，Phys.Rev.A92043814（2015）]，我们识别了频谱中的两种类型的带：由周期性产生的布拉格（P）带和由与周期性结构内的每个圆柱体相关联的法诺共振产生的法诺（F）带。结果表明，在一定的频率范围内，Fano带的存在表现为透射率的Fano共振。特别是，我们重新检查的H-极化能带结构的对称性的频率范围内的频谱包括与单散射体共振的本地化模式，我们探索Fano带的形成过程中，通过确定个别条款的LCAO状态的扩展。我们演示了两种散射机制之间的相互作用如何影响所产生的能带结构的性质时，圆柱体的半径增加。我们表明，这两种带的不同字符是反映在空间分布的磁场显示模式对应于相应的不可约对称表示。
2016-08-30 physics.optics
