Refraction laws in spatio-temporal media
Temple University（天普大学）；Kennesaw State University（肯尼索州立大学）
研究时空介质中电磁波传播的时变麦克斯韦方程组，推导广义斯涅尔定律等，以斜入射示例验证，方法不要求光滑场且允许界面外材料参数非恒定。
2026-08-05 math-ph math.AP math.MP
Refraction laws in temporal media
针对时间界面处的含时 Maxwell 系统，本文在分布意义下严格推导电场与磁场边界条件，建立广义 Snell 定律，并给出反射与透射系数的显式公式，且无需光滑场或简化拟设。
2025-07-26 cond-mat.mtrl-sci math.AP physics.optics
Negative index of refraction, perfect lenses and transformation optics -- some words of caution
在本文中，我们表明，一个负折射率是不是一个直接的含义与方向反转的非同态变换光学。相反，由于符号自由度的特定选择，出现了负指数。此外，我们指出，变换设计的透镜，它依赖于时空折叠的概念，不放大倏逝模，相反，Pendry-Veselago透镜。相反，像点处的倏逝模由复制源产生，因此不发生近场成像（完美透镜效应）。
2010-01-26 physics.optics
Negative index of refraction, spacetime folding and perfect imaging in transformation optics
负折射率已经成为变换光学的一个公认部分，这是在改变流形方向的变换中遇到的。基于这一概念，人们提出了各种完美透镜的设计，它们都依赖于空间或时空的折叠，其中从电磁空间到实验室空间的映射是多值的。最近，Leonhardt和Philbin提出了一种新的完美成像概念，它也使用多值映射，但既不包括负折射率，也不包括渐逝模的放大。在这种情况下，据推测，多值映射应被视为完美成像的基础，而不是放大倏逝模式。从这个角度来看，基于负折射率的标准镜片可能是有用的。在本文中，我们表明，一个负折射率不是一个固有的特性的变换光学，而是出现作为一个特定的选择的一个符号的歧义。此外，我们指出，变换设计的透镜不放大倏逝模，与Pendry-Veselago透镜。相反，像点处的倏逝模由复制源产生，因此不发生近场的成像。
2009-12-14 physics.optics
Dielectric Optical-Controlled Magnifying Lens by Nonlinear Negative Refraction
一个简单的光学透镜通过折射光的空间变化折射率在科学和技术中探索微观世界起着重要的作用。纳米技术的最新进展使得新型透镜（诸如，超透镜、超透镜、Luneburg透镜）能够通过利用超材料和变换光学器件专门设计材料的折射率而具有亚波长分辨率能力。然而，这些人工纳米/微工程透镜通常遭受金属的高损耗，并且在制造中要求很高。在这里，我们首次在实验上演示了一种非线性介质放大透镜，它利用简并四波混频在平凹载玻片中产生的负折射效应，获得了放大图像。此外，我们将变换光学引入非线性区域，将非线性平面透镜变换为放大透镜，通过非线性波混频实现全光学可控透镜效应，这在显微镜和成像科学中有着广泛的应用前景。
2014-11-24 physics.optics
Perfect imaging without negative refraction
完美的成像一直被认为依赖于负折射，但在这里，我们表明，一个普通的正折射光学介质也可以形成完美的图像。特别是，我们建立了一个数学证明，麦克斯韦的鱼眼在二维集成光学，使一个完美的仪器，分辨率不受光波长的限制。我们还展示了如何修改鱼眼，使完美的成像设备可以在实践中。我们的完美聚焦方法也可以在光学之外的领域，如声学、流体力学或量子物理学中找到应用，只要波服从二维亥姆霍兹方程。
2009-09-29 physics.optics
Effects of Refraction and Reflection on Coherence Properties of Light
部分相干光束在经典光学和量子光学中都能遇到。它们的相干特性通常取决于它们的源的相关特性。本文提出了一种在实验室环境中控制光束相干特性的方法。该技术是基于这样的事实，即部分相干电磁光束的相干性可以改变折射和反射，并且可以通过改变入射角来控制的变化。
2012-10-23 physics.optics
Thermo-optic refraction in MoS2 medium for 'Normally On' all Optical switch
二维纳米材料如二硫化钼由于其优异的非线性光学响应而引起了人们极大的兴趣。在这项研究中，我们研究了热透镜形成的二硫化钼纳米片分散使用模式失配泵浦探测配置。泵浦和探测光束强度模式的观察提供了光热透镜形成的时间演变的视觉见解。利用热透镜光谱技术研究了MoS2纳米片浓度对分散液热光性能的影响。此外，提出了一种基于热光折射的热透镜尺寸测量技术。热透镜区尺寸随泵浦功率的增加而增大。将所观察到的热透镜调制应用于全光开关，表明泵浦光对输出光信号具有良好的调制作用。
2021-01-14 physics.app-ph physics.optics
Wave-vector and polarization dependence of conical refraction
我们实验解决的波矢量和偏振依赖性的内部圆锥折射现象，通过演示，椭圆形的横向轮廓的输入光束折射成两个光束后，通过沿双轴晶体的光轴之一，即它表现出双折射，而不是圆锥折射。这种双折射现象是通过线偏振器和柱面透镜的独立旋转来研究的。给出了描述折射光束位置和光强分布的表达式，并应用于预测轴棱锥光束沿双轴晶体光轴传播时的光强分布。
2014-10-14 physics.optics
Planar nano-optics in anisotropic media: anomalous refraction and diffraction-free lensing of highly confined polaritons
作为最基本的光学现象之一，各向同性介质之间的折射的特征在于光在从低折射率介质到高折射率介质时朝向边界的法线弯曲。然而，在各向异性介质中，折射是一种更加奇特的现象。两种各向异性介质之间折射的最一般情况尚未探索，特别是在自然介质和纳米尺度下。在这里，我们可视化和全面研究两个强各向异性（双曲）介质之间的电磁波的折射，而且，重要的是，我们这样做的使用局限于纳米级的极化激元在低损耗的天然介质，α-MoO 3。我们的图像显示在一般情况下，其中的传播方向和波矢不共线的极化激元的折射。当它们穿过在α-MoO 3中定制的平面纳米棱镜时，折射极化激元表现出非直观的传播方向，使我们能够揭示一种奇特的光学效应：无弯曲折射。此外，我们成功地开发了第一个面内折射超透镜，它产生的焦点小到λ ap/6，是λ ap的极化激元波长（λ 0/50相对于在自由空间中的光的波长）。我们的研究结果为强各向异性介质中的平面纳米光学奠定了基础，具有前所未有的纳米级能量流控制潜力。
2021-03-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modeling reflection and refraction of freeform surfaces
本文提出在具有旋转对称性的任意表面上计算机实现折射与反射定律的详细方法，以支持自由曲面光学仿真与教学，并给出 Matlab/Octave 示例。
2025-01-04 physics.optics
Sub-cycle time-refraction at optical frequencies
Technion-Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究通过实现亚周期速率的折射率变化，观察到光学频率下时间折射现象的增强，为研究时间反射、光子时间晶体及光-物质相互作用提供了实验基础。
2026-01-09 physics.optics
Negative reflection and negative refraction in biaxial van der Waals materials
负反射和负折射是可以通过诸如双负超材料、双曲超材料和相位不连续超表面等平台实现的奇异现象。近年来，天然双轴范德华（vdW）材料，支持极端各向异性，低损耗，和高度限制的极化激元从红外到可见光区，正在成为有前途的候选人，平面反射和折射光学。在这里，我们引入三个自由度，即界面，晶体方向，和电调谐操纵的反射和折射的极化激元。由于界面和晶向的作用，面内对称性破缺，使得负反射和后向反射、正折射和负折射等反射和折射现象同时存在，并表现出很高的可调谐性。数值模拟结果与理论分析吻合较好。我们的研究结果提供了一个强大的配方实现负反射和折射的双轴vdW材料，铺平了道路的极化激元和界面纳米光学。
2022-04-23 physics.optics
Generalized refraction using lenslet arrays
我们最近开始研究共焦透镜对的2D阵列。透镜对的小型化可以使阵列的光线光学行为类似于均匀介质。在这里，我们概括了透镜对的几何形状。这些概括包括晶状体中心的侧向移位和每副晶状体中两个晶状体的方向变化。我们调查的基本光线光学的阵列，并说明这些与电影使用光线跟踪软件渲染。我们认为，共焦微透镜阵列可以用来实现射线光学一些最近的超材料概念，如坐标变换设计范式。
2009-01-21 physics.optics
Optical fiber Sagnac interferometer for sensing scalar directional refraction: application to magnetochiral birefringence
我们提出了一个装置，专门用于测量与磁手征相互作用相关的小标量方向各向异性。该装置，基于偏振无关的光纤Sagnac干涉仪，被优化为对圆各向异性和残余吸收不敏感。因此，它可以表征生物学感兴趣的样品，其中两种对映异构体不可用和/或呈现差的传输。示出的信噪比仅受源强度噪声的限制，导致检测限Df = 500 nrad.Hz-1/2。对于所测试的有机分子，其在1550 nm处的磁手性指数nMC < 4 × 10-13 T-1的极限。
2014-01-30 physics.optics
Thermo-optic refraction based switchable optical mode converter
时间可切换的光模式转换对于光通信和计算应用是至关重要的。这项研究表明，这种光学开关模式转换器驱动的热光折射。MoS 2纳米流体用作介质，其中通过聚焦激光束（泵浦）产生热微透镜。在纳米流体内的泵浦光束的焦点上方产生的对流热羽流充当光学热透镜。研究发现，拉盖尔-高斯（LG）光束通过热透镜后，会发生模式转换为厄米-高斯（HG）光束（反之亦然）。利用该模式转换器可以很容易地确定LG光束的拓扑电荷。模式转换的理论解释为LG光束的傅里叶分量经历不同的光路，而通过对流羽流传播。
2021-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Perfect control of reflection and refraction using spatially dispersive metasurfaces
非均匀超颖表面（电薄复合层）可用于成形折射和反射的电磁波。然而，基于广义折射和反射定律的已知设计方法不允许实现完美执行的设备：总是存在一些寄生反射到不期望的方向。在本文中，我们介绍和讨论了一种通用的方法来合成的超表面的透射和反射平面波的完全控制，并显示出完美的性能可以实现。该方法是基于使用的等效阻抗矩阵模型连接的切向场分量在两侧的元表面上。通过这种方法，我们能够理解为了完美地实现所需的响应，需要元表面的哪些物理属性。此外，我们确定所需的超颖表面单位细胞的极化率，并讨论合适的细胞结构。看来，只有空间色散超颖表面允许实现入射平面波到任意方向的完美折射和反射。特别地，理想折射仅在超颖表面是双各向异性（弱空间色散）时才是可能的，并且没有偏振变换的理想反射需要具有对场的特定的强非局部响应的空间色散。
2016-08-22 physics.optics
Photonic crystal optics in cold atomic gases
我们描述了光在具有周期性密度调制的气体中的传播，证明了具有负折射角的光子晶体状折射。我们解决的作用，定义不明确的边界和阻尼，并推导出一个光学模拟的量子绝热定理。对于Cs原子的光晶格，我们表明，依靠半绝热传播可以激发和空间分裂的积极和消极的折射模式在实验可用的气体密度。
2014-06-18 physics.optics
Conservation of Angular Momentum, Transverse Shift, and Spin Hall Effect in Reflection and Refraction of Electromagnetic Wave Packet
提出了一种解决偏振高斯光束在两种透明介质界面上反射/折射问题的方法。计算了梁的重心横向位移。它们总是满足光束的总角动量守恒定律，然而，在一般情况下，不满足单个光子的守恒律，由于在两通道波散射中缺乏“哪条路径”的信息。分析了反射/折射光束的场结构。在线性偏振光束的散射中，相反螺旋度的光子在光束的相对边缘处积累：这是光子的自旋霍尔效应，其可以在散射光束的交叉偏振分量中记录。
2006-03-10 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Time reflection and refraction in synthetic frequency dimension
麦克斯韦方程组中空间和时间的对偶性引起了人们对时间边界以及伴随的空间反射和折射的时间模拟的兴趣。然而，在真实材料中实现光频下可观察的时间边界效应是具有挑战性的。在这项工作中，我们证明了时间反射和折射可以观察到的两个带模型围绕一个非零的参考能量。我们的模型可以在物理上实现的合成频率维度作为一个系统的两个耦合的动态调制环形谐振器。我们发现，在微波频率的调制是足够的观察时间边界效应的光波在合成频率维。我们的工作表明，在合成维度中实现多波段模型为进一步探索时间边界开辟了一条新的途径。
2022-09-14 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Discrete structure of ultrathin dielectric films and their surface optical properties
在考虑介质薄膜离散结构的情况下，求解了电磁辐射与介质薄膜相互作用的线性经典光学边值问题。本文主要研究了晶体的近区光学响应。研究了原子分布规则情况下离散结构的反射和折射规律，并详细研究了表面附近外平面波引起的倏逝谐波结构。通过解析和数值计算表明，由于倏逝谐波的存在，在离表面小于两个原子间距处的反射和折射定律基本上不同于菲涅耳定律。从实用的角度来看，这一工作的结果可能是有用的近场光学显微镜的分辨率。
2001-12-19 physics.comp-ph physics.ins-det physics.optics
Temporal refraction and reflection in modulated mechanical metabeams: theory and physical observation
本研究在带压电阵列的机械超梁中实验观测到时间界面的弯曲波折射反射，验证了时间斯涅尔定律等，还通过多阶梯界面、平滑阻抗变化实现波调控与波形编码，为时间机械超材料及声子调控提供新方向。
2025-01-17 physics.app-ph physics.optics
Time-refraction and time-reflection above critical angle for total internal reflection
本研究分析介质介电常数突变时空间界面上的时间反射与时间折射，揭示临界角附近的反射增强及倏逝场向传播脉冲的转化，为光学频率实验提供基础。
2024-05-19 physics.optics
Extreme-ultraviolet refractive optics
折射是一种众所周知的光学现象，它改变了光波在物质中传播的方向。基于折射的显微镜、透镜和棱镜是控制可见光、红外线、紫外线和X射线波长光束特性的不可或缺的工具。然而，物质对极紫外线（XUV）辐射的大量吸收阻碍了折射透镜和棱镜在这一光谱区域的发展。在这里，我们展示了控制XUV辐射的折射，通过使用气体射流与密度梯度的XUV光束剖面。气相棱镜的演示，导致一个依赖于频率的XUV光束偏转。在原子共振附近的强偏转进一步用于开发可变形XUV折射透镜，具有低吸收和可以通过改变气体压力来调谐的焦距。我们的研究结果为XUV科学提供了新的机会，并为将基于折射的技术（包括显微镜和纳米聚焦）转移到XUV领域开辟了一条道路。
2018-04-24 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Experimental Verification of Reflectionless Wide-Angle Refraction via a Bianisotropic Huygens' Metasurface
我们报告的设计，制造和表征的双各向异性惠更斯超颖表面（BHMS）的折射垂直入射光束向71.8度。如前所示，需要所有三个BHMS自由度，即电极化率、磁极化率和Ω型磁电耦合，以确保对于这种广角阻抗失配不发生反射。单元电池由三层金属层组成，形成印刷电路板（PCB）结构。所制造的BHMS的特征在于在准光学设置，用于准确地评估镜面反射。随后，喇叭照明BHMS的辐射图案在远场室中测量，以评估设备的折射特性。测量结果表明，BHMS具有可忽略的反射，并且大部分散射功率耦合到所需的Floquet-Bloch模式。据我们所知，这是第一次实验证明这样一个无反射的广角折射超颖表面。
2017-03-20 physics.optics
Chiral molecules split light: Reflection and refraction in a chiral liquid
当光束与另一种介质（例如空气）成一定角度进入液体时，它会改变方向。如果液体中含有缺乏镜像对称的分子，那么菲涅耳预测光束不仅会改变方向，而且实际上会分裂成两个单独的光束，各自的折射角相差很小。在这里，我们报告观察到这种现象。我们还证明了反射角不等于手征介质中的入射角。与传统的旋光，这取决于通过样品的路径长度，报告的反射和折射现象出现在几个波长的界面，从而提出了一种新的方法，可用于微流体体积的偏振。
2006-08-10 physics.chem-ph physics.optics
Quantum time reflection and refraction of ultracold atoms
本文在超冷原子动量晶格中引入时间边界，首次实验同时演示了量子时间反射与折射，并揭示了无序诱导的局域化转变及其鲁棒性。
2023-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Generalized spatial differentiation from spin Hall effect of light
光学自然地为我们提供了一些强大的数学运算。实验证明，在单一光学平面界面的反射或折射过程中，通过分析光的特定正交偏振态，可以实现空间微分的光学计算。我们表明，空间分化本质上是由于自旋霍尔效应的光，一般伴随着光的反射和折射在任何平面界面，无论材料成分或入射角。所提出的自旋光学方法利用简单和通用的结构来实现矢量场计算并执行边缘检测，以实现超快速和节能的图像处理。
2018-07-25 physics.optics quant-ph
Geometrical Optics via electromagnetic wave quantization
几何光学的基本定律可以从电磁波的能量-动量守恒导出，而不需要其他波的概念。然而，量子的概念是必需的;它自然产生，因此这样的假设可能比历史上更早出现。测量反射和折射的角度需要每个入射量子被反射或折射;这样的分离是实验结果的核心。
2005-10-28 physics.ed-ph physics.optics
Time-Reflection of Microwaves by a Fast Optically-Controlled Time-Boundary
本研究利用搭载光控皮秒可切换光电二极管的周期加载微带线，首次观测到0.59 GHz的微波时间反射及相位共轭特性，为GHz频段光子时间晶体的实验实现奠定基础。
2023-10-03 eess.SP physics.app-ph physics.optics
