Green's Dyadic, Spectral Function, Local Density of States, and Fluctuation Dissipation Theorem
光谱函数的研究结合并矢格林函数的各种媒体。并矢格林函数的发现使用本征函数展开方法均匀，非均匀，周期性，无损，有损，各向异性介质，由布洛赫- Floquet定理的指导。对于无损耗介质的情况下，光谱函数可以直接相关的光子局域态密度，因此，电磁能量密度。对于有损情况，谱函数可以与场关联函数相关。由于这些性质，人们可以推导出场关联和朗之万源关联的性质，而无需诉诸涨落耗散定理。结果得到了涨落耗散定理的证实。对于有耗、非均匀和色散介质的局域态密度的表达式也被提出。
2015-05-07 physics.optics
Scalar and vector electromagnetic solitary waves in nonlinear hyperbolic media
该研究针对双曲非线性介质中的电磁波传播问题，通过Hirota双线性方法推导标量和矢量电磁孤波的精确解析形式，发现双曲横向色散可抑制奇异性形成，且孤波具备传统介质中没有的独特传播特性，为双曲非线性超材料的电磁波传播分析提供支撑。
2023-12-17 nlin.PS physics.optics
Non-Hermitian exceptional physics in RP^2 hyperbolic media
本文在低对称性介质中引入与实射影平面RP^2同构的不可定向动量空间，利用扩展二面体群刻画局部能带流动性，并展示了其在探索各类非厄米奇异流形演化中的平台作用。
2025-05-08 physics.optics
Green's functions of and emission into discrete anisotropic and hyperbolic baths
在这项工作中，我们研究了波在一般厄米局部周期浴的传播，并调查的各向异性和准周期性的共振发射到浴带的影响。我们渐近分解的格林函数到远程行波组成的所有波矢量（近）共振在发射器的频率，并迅速衰减的倏逝波。当存在群速度平行于$ρ$的共振波包时，我们的近似随着源-接收器间隔$ρ$的增加而指数收敛。在双曲介质中，这个条件可能不满足，我们发现，指数衰减长度的振荡倏逝波局部焦散线附近一般取决于作为一个幂律与指数3/2之间的角度$ρ$和焦散线。对于$ρ$超出焦散，我们观察到，格林函数可以成为几乎是虚构的，这将导致完全不相干的发射极-发射极相互作用，并允许模拟纯耗散系统与短程相互作用。这里的相互作用长度是可调的，通过分离矢量的发射器。最后，我们通过在晶格上施加一个人工规范场来探测双曲色散。我们发现，在布里渊区与相应的开放轨道共振的发射是准一维的，在各向同性的环境。准一维发射进一步拓扑保护免受局部和全局晶格扰动和周期性重新聚焦，提供了一个强大的双向传输的激发在高维介质。
2022-02-07 physics.optics quant-ph
Multipole resonances and directional scattering by hyperbolic-media antennas
我们建议使用由天然双曲材料六方氮化硼（hBN）制成的光学天线，并且我们证明这种介质是等离子体和全介电材料的一种有前途的替代品，用于实现基于它们的高效亚波长散射体和超颖表面。我们从理论上表明，双曲介质中的粒子具有不同的共振，使高k波的支持和他们的反射从粒子边界。在这些共振中，存在电四极激发，其引起粒子的磁共振，类似于高折射率粒子中发生的情况。粒子共振的激发伴随着纳米粒子阵列的反射下降到接近零的值，这可以归因于共振Kerker效应。如果粒子以周期d排列在间隔物阵列中，则在波长d、d/2、d/3等处可能有窄晶格共振。这提供了额外程度的控制和可能性，以在由阵列间隔限定的波长处激发共振。对于hBN粒子与双曲色散，我们表明，全范围的共振，包括磁共振和反射的减少，是可能的。
2017-06-22 physics.optics
Oriented Asymmetric Wave Propagation and Refraction Bending in Hyperbolic Media
石英晶体是一种具有光学活性声子的各向异性介质，在太赫兹波段可以激发双曲声子-极化激元。在这里，我们使用这种材料来说明如何通过改变晶体的各向异性轴相对于其表面的取向，可以大大修改体和表面双曲极化激元的行为。我们证明，理论和实验，双曲介质的取向相关的现象。我们显示的后果轻微的变化，在晶体的取向以各种方式，从创建双曲表面声子极化激元的示范定向不对称传输的辐射通过双曲介质。
2018-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetic hyperbolic optical metamaterials
强各向异性介质的介电常数或磁导率张量的主分量具有相反的符号被称为双曲介质。这种介质支持传播具有表现出独特光学特性的极大波矢量的电磁波。然而，在迄今为止研究的所有人造和天然光学材料中，双曲色散仅源于电响应。这将材料功能限制在光的一个偏振，并抑制自由空间阻抗匹配。这种限制可以在具有电张量和磁张量的相反符号的分量的介质中克服。在这里，我们提出了在三维超材料的磁双曲色散的实验演示。我们测量了超材料的等频线轮廓，并揭示了椭圆和双曲色散之间的拓扑相变。在双曲机制下，我们证明了热辐射的强烈增强，它变得有方向性、相干性和偏振性。我们的研究结果表明，实现有效的非偏振光阻抗匹配的双曲介质的可能性。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hyperbolic blackbody
本文重新讨论了单轴各向异性介质中热电磁场的黑体理论，该介质与热浴处于热平衡。当这些介质是双曲的，我们表明，这些领域的光谱能量密度从根本上不同于普朗克的黑体理论预测。我们证明，他们的频谱能量密度的最大值移向频率小于维恩的频率，使这些媒体显然更冷。最后，我们推导出Stefan-Boltzmann定律的双曲型介质成为一个二次函数的热浴温度。
2015-02-22 cond-mat.stat-mech physics.optics
A mid-infrared biaxial hyperbolic van der Waals crystal
双曲介质在光子学界引起了广泛的关注，这要归功于它们将光限制在任意小体积内的能力以及它们在超分辨率应用中的用途。这些介质的2D对应物可以用双曲超颖表面实现，双曲超颖表面由于纳米粒子而支持平面内双曲导模，然而，纳米粒子带来了重大的制造挑战并限制了可实现的限制。我们发现，薄薄片的范德瓦尔斯材料α-MoO 3可以支持自然的平面内双曲偏振激元导模在中红外频率没有任何图案。这是可能的，因为α-MoO 3是双轴双曲晶体，具有三个不同的Restrahlen带，每个带对应不同的晶轴。我们的研究结果可以为在平面光子器件中操纵和限制光的新范式铺平道路。
2018-09-10 physics.optics
Giant Compton Shifts in Hyperbolic Metamaterial
研究了双曲介质中自由电子对光的康普顿光的散射。我们证明了这种介质中电磁模式的非常规色散和局域态密度可以导致巨大的康普顿位移和散射截面的显著增强。我们开发了一种通用的方法来研究纳米结构介质中的耦合多光子过程，并推导出实际超材料结构的散射辐射的光谱强度函数。我们预测的康普顿位移的顺序为几毫电子伏的红外光谱是至少一个数量级大于康普顿位移在任何其他系统。
2014-10-17 physics.optics
Bright Emission from Dark Sources in Hyperbolic Media
School of Electrical and Computer Engineering and Birck Nanotechnology Center, Purdue University（普渡大学电气与计算机工程学院及Birck纳米技术中心）
本文提出利用可见光或近红外亮源通过诱导中红外布居动力学在双曲频带产生辐射，即使零偶极矩源也能在双曲环境中辐射，为低损耗固态量子光学提供新平台。
2026-06-16 physics.optics quant-ph
Evolution and reflection of ray-like excitations in hyperbolic dispersion media
双曲色散介质中的光具有令人感兴趣的类射线特性。然而，双曲介质中的类射线激发的详细了解是令人惊讶的有限，主要是基于数值模拟。在我们的工作中，我们解析地描述了双曲介质的平板中多模态射线激发的形成。我们证明，这些射线有一个近似的洛伦兹轮廓，他们在一个锯齿形的方式传播。这些光线在板内的每次内反射时以离散方式获得相位，并以与光吸收率成比例的速率加宽。此外，基于这种描述，我们揭示了一种独特的反射机制，其中组成射线的不同模式之间的破坏性干涉可以提高电介质和金属衬底之间的界面处的反射强度。这种反射机制是高度不对称的，仅当光线从电介质基板的一侧入射到金属基板的一侧时才发生，并且反射的强度被示出为与光线的宽度直接相关。
2022-02-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magnetically induced topological transitions of hyperbolic dispersion in biaxial gyrotropic media
研究了体波在无界双轴回转介质中传播时，磁感应等距面的拓扑跃迁。该介质由磁化铁氧体和半导体层组成的双组分超晶格构成。为了得到的本构参数的回旋介质，均匀化过程中的有效介质理论。研究在铁磁共振频率附近的频率范围内进行，其中磁子系统具有自然双曲色散特性。从一个开放的I型双曲面的拓扑过渡到几个复杂的双曲面状的形式证明了非常波。我们揭示了如何现实的材料损失改变的形式的isoprene表面特征双曲型色散。所得到的结果拓宽了我们的知识，可能出现在回转介质中的外部静态磁场的影响的拓扑结构的Isochrons表面。
2020-05-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Construction of Planar Multilayer Dyadic Greens Functions by Fourier Expansion Method - Part I: Isotropic Media
本文用傅里叶展开法导出了平面多层膜并矢格林函数，并通过与已有文献中偶极辐射反射电场的计算结果进行了比较，验证了本文方法的正确性。此外，我们展示了如何这些并矢格林函数可以应用于计算反射场从偶极子源与任意取向。我们相信我们的配方将是强大的在这些结构附近的分子荧光建模。
2017-10-23 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Hyperbolic metamaterials: fundamentals and applications
超材料是一种纳米工程介质，其设计性能超出了自然界中可用的性能，在材料科学的各个方面都有应用。特别是，超材料已经显示出下一代光学材料的希望，其电磁响应无法从传统介质中获得。我们回顾了具有双曲色散的超材料的基本特性，并介绍了此类介质具有变革性影响潜力的各种应用。这些人造材料支持独特的体电磁状态，可以在纳米尺度上定制光-物质相互作用。我们提出了一个统一的观点，目前在该领域的双曲型超材料，如亚波长成像和宽带光子态密度工程的研究。该评论介绍了双曲介质理论的核心概念，以及对实验主义者至关重要的纳米纤维和表征细节。最后，我们概述了该领域的挑战，并提供了一套未来工作的方向。
2014-03-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Super-Coulombic atom-atom interactions in hyperbolic media
偶极-偶极相互作用控制的现象，如合作兰姆位移，超辐射衰减率，范德华力，以及共振能量转移率通常限于库仑近场。在这里，我们揭示了一类真实的光子和虚拟的光子长程量子电动力学（QED）的相互作用，有一个双曲色散介质中的奇异性。偶极-偶极耦合中的奇异性，称为超库仑相互作用，是有效相互作用距离的结果，该距离在理想极限中为零，而与物理距离无关。我们研究了双曲介质中原子-原子相互作用的整个景观，并提出了在红外光谱范围内的声子极化激元六方氮化硼和在可见光范围内的等离子体超晶格结构的实际实现。我们的工作为控制双曲介质中的冷原子和研究光学声子介导量子相互作用的多体原子态铺平了道路。
2016-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Light propagation through random hyperbolic media: from a pile of sand to large scale structure of present day universe
我们分析了电磁场通过随机介质的传播，该介质由双曲型超材料域分隔正常的“椭圆”空间的区域。这种情况可能发生在一个问题中，就像9微米光通过一堆沙子传播一样常见，或者像早期宇宙中的电磁场行为一样奇异，在电弱相变之后。我们证明了随机双曲和随机“椭圆”介质中的空间场分布看起来截然不同。这种效应可能被用来估计早期宇宙中存在的磁场的大小。
2013-02-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
General and concise operator approach to the dyadic Green's function of layered media
Belarusian State University（白俄罗斯国立大学）；Suzhou City University（苏州城市学院）；Soochow University（苏州大学）
本文提出一种通用简洁的算子方法，用于推导各向异性平面层介质的二阶格林函数，适用于电场和磁场，通过演算算子和表面阻抗张量简化了问题理解和应用。
2026-07-20 math-ph math.MP physics.optics
Anomalous Reflection From Hyperbolic Media
本文阐述了电磁波在双曲介质与各向同性电介质界面处反射和透射波完全消失的悖论，通过引入无穷小损耗证明反射波极度衰减且能量在界面被吸收，并通过计算、模拟和微波实验验证，为多种光学器件应用提供新途径。
2024-01-16 physics.class-ph physics.optics
Envelope Dyadic Green's Function for Uniaxial Metamaterials
基于并矢格林函数（DGF）方法，提出了一种研究具有介电常数和磁导率两个并矢本构参数的色散各向异性介质中慢变振幅电磁场（EMFSVA）传播的方法.我们找到的矩阵元素的包络DGF单轴各向异性的超材料的形式主义。我们提出的EMFSVA包络的速度的关系，同意色散介质中的群速度的已知定义。我们考虑的例子传播的EMFSVA通过主动和被动媒体与洛伦兹和德鲁德型色散，展示光束聚焦在双曲介质和超光速传播的介质与反转人口。本文的结果适用于色散和耗散（或有源）各向异性异向介质中调制电磁场的传播和这种场的缓慢变化的振幅起伏。所开发的方法也可用于基于超材料的波导，滤波器和延迟线的分析。
2018-05-29 physics.app-ph physics.optics
Temporal Interface in Dispersive Hyperbolic Media
本文研究单色平面波在介质快速变为金属-介电双层堆叠形成的双曲色散介质时的时间界面效应，发现原始频率转换为三对频率并产生三组前向与后向波，通过解析与数值模拟给出了波幅和 Poynting 矢量。
2025-02-12 physics.app-ph physics.optics
Definition of Polaritonic Fluctuations in Natural Hyperbolic Media: Applications to Hexagonal Boron Nitride, Bismuth Selenide and the Spontaneous Emission Sum Rule
在某些范德华键合固体中发现的光子双曲色散表面，如六方氮化硼和硒化铋（一种拓扑绝缘体），为产生强烈修改的光-物质相互作用提供了有趣的可能性。然而，在量化这些介质中的电磁场波动方面存在开放性问题，使用于建模光子特性的典型方法复杂化。在这里，我们解决这个问题，通过将双曲线响应的识别特征与各向同性介质中无法发生的纵向和横向场之间的耦合联系起来。这种描述使我们能够计算双曲响应对电磁波动的影响，而无需明确施加特征尺寸（非定域性模型），只要包括材料吸收，就可以得到形式上有界的表达式。然后，我们将这个框架应用到两个示例性的领域：在一般的单轴介质中的修改后的自发发射增强的光学求和规则，以及六方氮化硼和硒化铋中的热电磁场波动。我们发现，虽然总和规则是满意的，它并不限制在任何情况下的光-物质相互作用的增强。我们还表明，六方氮化硼和硒化铋具有广泛的光谱区域的电磁场波动的幅度是120倍以上，并超过800倍以上，沿特定的角方向，比他们在真空中。
2018-08-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tetra-hyperbolic and tri-hyperbolic optical phases in anisotropic metamaterials without magnetoelectric coupling due to hybridization of plasmonic and magnetic Bloch high-k polaritons
在本文中，我们揭示了在没有磁电耦合的各向异性超材料中形成三-和四-双曲相的物理机制，并描述了由于等离子体和磁布洛赫高k极化激元的杂交而产生的双曲色散中的反交叉分裂现象。这大大加深了对高k极化激元和k空间中光学等频面拓扑结构的理解，并将在光学纳米分辨率成像和发射率和方向性控制中找到应用。为了实现这一点，我们开发了一系列新的技术的理论光学的双各向异性材料，包括二次折射率算子方法，适合于研究高k极化激元与有限折射率和显式表达式的特征矩阵在一般的双各向异性介质。本文介绍了各向异性均匀介质的电磁响应的空间分层方法，分析了其下伏的布洛赫波。我们相信，这里开发的形式主义可以为研究人员在各向异性和双各向异性介质的理论光学领域的未来有用。
2020-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Natural Hyperbolicity of Hexagonal Boron Nitride in the Deep Ultraviolet
本文首次在深紫外波段观测到六方氮化硼中由各向异性激子共振诱导的天然双曲色散，并通过成像光谱椭偏仪表征其复介电函数，证实其支持高方向性、慢群速度的双曲激子极化激元，为深紫外纳米光子学应用提供了新平台。
2025-07-17 physics.app-ph physics.optics
Quantum nanophotonics using hyperbolic metamaterials
利用被称为超材料的人造纳米结构介质来设计光学特性，已经导致了具有从超分辨率成像到隐形能力的突破性设备。在这篇文章中，我们回顾了超材料的量子纳米光子应用，在该领域的最新发展。这旨在利用纳米光子学和纳米纤维学的最新进展来解决量子光学领域的许多挑战。我们专注于类的纳米结构介质与双曲型色散，已成为最有前途的超材料与众多的实际应用，从亚波长成像，纳米波导，生物传感非线性开关之一。我们提出了双曲型超材料的各种设计和表征原则，并解释了这种介质的最重要的属性：在电磁状态密度的宽带增强。我们回顾了最近的几个实验，探讨了这一现象，使用自发发射从染料分子和量子点。最后指出了双曲型异向介质在利用自发发射的宽带增强来构建单光子源方面的应用前景。
2013-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
