Magneto-photonic phenomena at terahertz frequencies
本文主要研究了磁太赫兹现象。这项工作最初是作为X射线激光科学（SwissFEL）的支持研究。X射线激光器最近引起了人们的极大关注，因为它是一种前所未有的超快尺度科学研究工具。为了回答这个基本问题，我们使用耦合的Landau-Lifshitz-Gilbert Maxwell模型进行了原始的数值模拟。...这些需求是本文第二部分进行实验的动机。为了塑造太赫兹脉冲，....关于场强，我们采用了两种方法。第一个涉及纳米缝阵列的场增强。我们设计了一个亚波长结构，其特点是同时高场增强和高传输在太赫兹频率，以适应非线性源。第二种方法依赖于通过增加泵浦波长来放大激光诱导等离子体的产生。数值计算也引起了我们的注意，线性磁太赫兹效应的重要性。特别是，模拟表明，超快动力学可能导致触发太赫兹脉冲的偏振平面的显着旋转。基于这一发现，我们在论文的最后一部分集中讨论了线性效应。我们进行了三项原创性研究，首次展示了宽带非互易太赫兹相位延迟器，太赫兹磁调制器和非互易太赫兹隔离器。在前两个实验中，我们将磁性液体（铁磁流体）的独特性质扩展到太赫兹范围。在后一个实验中，我们使用了一个永磁体（铁氧体），实验显示完全隔离（单向传输）的太赫兹波。
2014-04-14 physics.optics
Spin-orbit coupling within tightly focused circularly polarized spatiotemporal vortex wavepacket
自旋-轨道耦合和相互作用作为光场的本征特性已被广泛研究。以往的研究涉及到圆偏振携带的自旋角动量（SAM）和与光束截面内的螺旋相位波前相关的轨道角动量（OAM），其中SAM和OAM都与传输方向平行。本文研究了在紧聚焦条件下，时空光学涡旋（STOV）波包携带的纵向SAM和横向OAM之间的一种新型自旋轨道耦合。当圆偏振STOV波包被高数值孔径物镜聚焦时，会形成复杂的时空相位奇异结构。对于横向偏振分量，由于纵向SAM和横向OAM之间的耦合，相位奇点取向可以显著地远离横向方向朝向光轴倾斜。揭示了旋转量与波包时间宽度之间的关系。更有趣的是，时空相位奇异性结构的连续演化，从纵向到横向方向通过波包观察到的纵向偏振分量。这些奇异的自旋-轨道耦合现象在应用于光物质相互作用时，有望产生新的效应和功能。
2021-03-17 physics.optics
Creating Complex Optical Longitudinal Polarization Structures
在本文中，我们表明，它是可能的结构的纵向偏振分量的光。我们说明了我们的方法，通过展示链接和打结的纵向涡线后获得非傍轴传播的紧聚焦的亚波长光束。可以利用横向偏振分量中的剩余自由度来生成定制的拓扑矢量光束。
2018-01-17 physics.optics
Debye representation of dispersive focused waves
我们报告基于矩阵的衍射积分，评估任何衍射限制轴对称复杂系统的焦点领域。这个衍射公式是德拜积分应用于有光阑聚焦光束的推广，可以适用于宽带问题。纵向色差可能会限制德拜公式的方便性，此外，还提供了焦点周围的有效性空间边界。当聚焦几何的菲涅耳数大大超过1时，为了保证聚焦区域完全进入德拜近似的有效区域，重新表述了菲涅耳数。我们已经应用基于矩阵的德拜积分的几个例子。具体地说，我们提出了一种具有强角色散和无纵向色差的光束聚焦光学系统。这种简单的形式主义为分析和设计具有任意角色散的聚焦光束留下了一扇敞开的大门。我们的结果对超短脉冲和多色非相干光源是有效的。
2006-09-04 physics.optics
Electromagnetic Field Distribution and Divergence-Dependence of a Radially Polarized Gaussian Vector Beam Focused by a Parabolic Mirror
本研究推导了抛物面镜聚焦径向偏振高斯矢量光束的电磁场公式，基于Stratton-Chu方法分析了发散度对场分布的影响，发现太赫兹频段可产生160 MV/cm纵向电场，并提出抛物面环加速方案。
2024-06-02 physics.optics
Focused Fields of given Power with Maximum Electric Field Components
本文导出了衍射极限透镜聚焦区的场的封闭公式，使得在透镜入射光瞳中，焦点处给定方向上的电场分量大于具有相同焦度的所有其它聚焦场的电场分量。进而导出了相应的最佳光瞳场分布的封闭公式。详细讨论了具有最大纵向或最大横向的聚焦场。后一种场与聚焦的线偏振平面波类似，但不完全相同。
2008-12-26 physics.optics
Flying doughnut terahertz pulses generated from semiconductor currents
该研究提出利用量子控制以全光方式操纵光场，成功生成具有方位偏振电场和强孤立纵向磁场的飞行甜甜圈太赫兹脉冲，并验证其在水蒸气吸收检测中的应用，为光谱和成像等领域提供独特探针。
2023-10-10 physics.optics
Propagation-invariant strongly longitudinally polarized toroidal pulses
针对典型环形脉冲纵向偏振场幅度弱的问题，提出纵向分量幅度超横向分量十倍以上的强纵向偏振环形脉冲，其具有无衍射传播不变特性，可应用于光与物质相互作用、超分辨显微及大容量无线通信等领域。
2024-05-15 physics.class-ph physics.optics
Plane photoacoustic wave generation in liquid water using irradiation of terahertz pulses
利用太赫兹（THz）激光脉冲，演示了光声波在液态水中的平面波阵面传播。由于太赫兹光通过氢键网络的伸缩振动模式的强吸收，所以太赫兹光可以在水中有效地产生光声波。在散焦太赫兹光的激发下，大面积水面产生平面光声波。这与使用吸收剂或使用近红外激光产生等离子体的常规方法形成对比。利用太赫兹自由电子激光和阴影成像系统观察了光声波的产生和平面波的传播。平面光声波是由入射的太赫兹光产生的，具有<1 mJ/cm 2的小辐射曝光量，并且比太赫兹光对水的穿透深度深600倍。太赫兹光诱导的平面光声波为工业和生物应用的非侵入性操作提供了巨大的优势，如我们先前的报告中所证明的（Yamazaki等人，Sci. Rep. 846295（2020））。
2020-08-19 physics.app-ph physics.optics
Room-temperature high-average-power strong-field terahertz source based on industrial high-repetition-rate femtosecond laser
针对传统激光器产生高平均功率强场太赫兹的局限，本研究利用工业级高重复率 ytterbium 飞秒激光通过优化倾斜脉冲前泵浦配置，实现高平均功率THz源，为相关应用提供新方案。
2025-04-19 physics.optics
Efficiently Laser Driven Terahertz Surface Plasmon Polaritons on Long Metal Wire
本研究提出亚相对论飞秒激光驱动米级长金属线高效产生太赫兹表面等离子体激元的新方案，实现2.4%的高转换效率与25 cm以上传播距离，为太瓦级单周期太赫兹表面等离子体激元应用提供可行途径。
2025-02-21 hep-ex physics.optics
Demonstration of sub-luminal propagation of single-cycle terahertz pulses for particle acceleration
在自由空间中，电磁波的亚光速相速度通常是无法获得的，这与被禁止的快于光的群速度密切相关。在激光驱动粒子加速方案中，对有效亚光速相速度的要求对自由空间中可实现的总加速施加了基本限制，并且需要使用介电结构和波导来扩展场-粒子相互作用。在这里，我们展示了一个新的旅行源和自由空间传播的方法，以克服亚光速传播的限制。该方法利用了相对容易的产生超快光源与慢群速度传播，并通过材料真空边界附近的非线性光学相互作用的组到相位的前端转换。该概念证明了两个太赫兹产生过程，非线性光学整流和电流浪涌整流。的相速度是可调的，以上和以下的真空光速$c$，我们报告的纵向偏振电场之间传播的测量$0.77c$和$1.75c$。证明了扩展到多MV/m场强的能力。我们的方法铺平了道路，实现廉价和紧凑的粒子加速器与前所未有的飞秒尺度的粒子控制。
2016-09-08 physics.acc-ph physics.optics
Transverse and longitudinal characterization of electron beams using interaction with optical near-fields
我们展示了一个实验技术的横向和纵向表征聚束飞秒自由电子束。其工作原理是基于对电子电流的监测，电子在与飞秒激光脉冲激发的同步光学近场波相互作用期间获得能量增益。限制在硅纳米结构表面的同步加速/减速场的特征在于使用高度聚焦的亚相对论电子束。在这里，450 nm的横向空间分辨率和飞秒的时间分辨率，通过这种技术可以实现证明。
2016-11-29 physics.optics
Dephasingless two-color terahertz generation
本文提出一种利用轴锥透镜球面像差补偿双色激光谐波相对相位演化的光学配置，结合超短飞行焦点实现无角色散、发射角可控的半周期太赫兹脉冲，角发散度仅为传统多周期脉冲的四分之一。
2024-06-07 physics.optics physics.plasm-ph
Focused Azimuthally Polarized Vector Beam and Spatial Magnetic Resolution below the Diffraction Limit
具有极化涡旋的方位电极化矢量束（APB）的一个显著特征是它包含一个磁主导区，在该磁主导区内电场理想地为零，而纵向磁场最大。应用菲涅耳衍射理论和平面波谱（PWS）计算来量化这样的光束在通过透镜聚焦时的场特征。在透镜的焦平面上，光束的纵向磁场强度分布的衍射极限半高宽（FWHM）和光束的环形总电场强度分布的互补FWHM（CFWHM）被检查为透镜的近轴焦距的函数。然后，我们将一个亚波长的致密介质Mie散射体放置在一个自立的会聚APB的最小腰平面上，并首次证明了在光学频率下实现了非常高的分辨率磁场，总磁场FWHM为0.23λ（即，0.04λ^2的磁场斑点面积）。这里所示的理论是有价值的发展的光学显微镜和光谱系统的基础上的磁偶极跃迁，这是在一般情况下比他们的电同行弱得多。
2016-05-10 physics.optics
Spot Focusing Coma Correction by Linearly Polarized Dual-Transmitarray Antenna in the Terahertz Region
City University of Hong Kong（香港城市大学）
针对太赫兹单透射阵列离轴扫描彗差严重的问题，提出在常规相位透射阵列后增设优化相位透射阵列的双透射阵列方案，实验验证其在290 GHz下50度扫描角内光斑聚焦良好、旁瓣低于-10 dB。
2022-11-25 physics.app-ph physics.optics
Ultrawideband solid-state terahertz phase shifter electrically modulated by tunable conductive interface in total internal reflection geometry
针对现有太赫兹移相器带宽窄的问题，提出基于全内反射几何中可调导电界面的超宽带固态太赫兹移相机制，通过5 V栅压调控石墨烯实现0.4-1.2 THz频带内约120°连续相移，带宽达中心频率100%，插入损耗低且调制速度达kHz量级。
2023-05-18 physics.app-ph physics.optics
Measurement of structured tightly focused vector beams with classical interferometry
我们报告的第一次测量没有近似的全领域的紧聚焦矢量光束（NA高达$1.23$）跨区域的$\sim 9-49\,λ^2$。在聚焦之前，结构化激光具有线性或圆偏振状态。利用四步干涉法直接从12幅干涉图中提取出横向分量，而利用高斯定律从横向场中提取出纵向分量。不同的结构光束进行测量，以证明该方法适用于任何字段的几何形状。在圆偏振的情况下，我们使用涡旋光束来验证在轴向分量的自旋轨道耦合的外观。将测量值与产生平均值$\geq 0.8$的归一化互相关模拟进行比较，确认了良好的一致性。
2021-07-18 physics.optics
Probing inhomogeneous and dual asymmetric angular momentum exploiting spin-orbit interaction in tightly focused vector beams in optical tweezers
在光镊中通过紧聚焦产生的光的自旋-轨道相互作用（SOI）已经被常规地用于在被捕获的介观粒子中产生角动量-自旋和轨道。具体而言，横向自旋角动量（TSAM），这是由于产生的电磁场的纵向分量的紧聚焦，是特别感兴趣的，无论是在基础研究和相关的应用。我们提供了一个有效的和最佳的策略，产生TSAM的光镊紧聚焦径向和方位角偏振的一阶拉盖尔高斯光束没有固有角动量，到折射率分层介质。我们选择这样的输入字段，确保所产生的纵向自旋角动量（LSAM）的电（磁）场的径向（方位角）的组件是零，这导致单独的和排他性的影响的电和磁TSAM的情况下，输入径向和方位角偏振光束上的单个双折射粒子。我们还观察到起源相关的固有轨道角动量的出现，导致双折射粒子围绕两种输入光束类型的光束轴旋转，这为光镊中的奇异和复杂的粒子操纵开辟了新的和简单的途径。
2023-02-28 physics.optics
Exploding paraxial beams, vortex beams, and cylindrical beams of light with finite power in linear media, and their enhanced longitudinal field
我们提出了一组具有圆柱对称性的近轴光束，具有光滑和局部的横向轮廓，携带有限的功率，当它们在线性介质（如真空）中聚焦时，会产生强度奇异性。它们包括具有轨道角动量和径向偏振的光束，在这种情况下，它们会产生由无限亮环包围的点状相位和偏振奇点，以及奇异的纵向场。在实践中，这些影响表现在焦点强度和光斑尺寸，涡亮环强度和半径，以及纵向场的强度，强烈地改变与透镜孔径半径。因此，在不改变入射到透镜上的光的情况下，以基本上相同的聚集焦度，并且同时保持近轴聚焦条件，对这些聚焦特性进行连续控制。作为薛定谔方程的解，这些爆炸光束在物理学的其他领域也有类似的情况，在这些领域中，薛定谔方程是基本的动力学模型。
2021-02-25 physics.optics
Transverse spin in scattering of focused radially and azimuthally polarized vector beams
研究了径向和方位偏振矢量光束聚焦对Mie粒子散射波的自旋角动量密度和坡印廷矢量的影响。值得注意的是，研究表明，SAM的散射场的密度是完全横向的径向和方位角偏振入射矢量光束的性质，但坡印廷矢量显示通常的纵向字符。我们还证明了横向SAM密度可以进一步调谐波长和聚焦的入射光束，通过利用不同的散射模式的干涉。这些结果可能会激发进一步的实验技术来探测横自旋和贝琳凡特自旋动量密度。
2018-01-17 physics.optics
Spin-dependent metalens with intensity-adjustable dual-focused vortex beams
具有轨道角动量的涡旋光束由于其在光镊、量子信息处理等领域的广泛应用而受到广泛关注。Metalens是一种超紧凑的多功能设备，为设计涡旋光束提供了理想的平台。自旋相关的超透镜可以提高自由度，以进一步满足实际应用。结合几何相位和传输相位，我们提出并证明了一种设计自旋相关超透镜的方法，该超透镜产生纵向或横向双聚焦涡旋光束，即，具有预先设计的自旋相关相位分布的超透镜。在椭圆偏振入射光的照射下，可以观察到两束自旋相关的聚焦涡旋光束，并且通过调节入射光的椭圆度可以很容易地调节它们的相对聚焦强度。此外，我们还证明了这些双聚焦光束之间的分离距离和它们的拓扑电荷可以同时任意定制，这可能对光子学中的光捕获和操纵产生深远的影响。
2021-09-08 physics.optics
Active Electronic Terahertz Imaging for Industrial Applications: From Hardware to the Paradigm Shift by Artificial Intelligence
Goethe University Frankfurt（法兰克福歌德大学）；Duke University（杜克大学）；The University of Arizona（亚利桑那大学）
本综述聚焦主动电子太赫兹成像，综述其硬件、成像模态、增强技术及AI应用，推导技术路线图以解决太赫兹成像瓶颈，有望为工业应用提供高性价比解决方案。
2026-08-12 physics.optics
Water Vapor: An Extraordinary Terahertz Wave Source under Optical Excitation
在现代太赫兹（THz）传感和成像光谱学中，由于在THz频率范围内的强吸收，水被认为是要避免的克星。在这里，我们报告的第一个实验演示和理论的影响，使用飞秒激光脉冲产生强烈的宽带太赫兹辐射的水蒸气。当我们将强激光脉冲聚焦在气室中的水蒸气或从气体喷嘴注入的水蒸气中时，观察到光激发水蒸气产生的非常强的THz场。水蒸气的THz产生效率比干燥的氮气高50%以上。以前曾假设，以这种方式的太赫兹波的非线性产生主要涉及自由电子等离子体，但我们表明，分子结构在这个过程中起着至关重要的作用。特别是，我们发现，从水蒸气产生的太赫兹波是显着强于从D2O蒸气。水簇离子的振动活动，自然发生在水蒸气中，可能有助于观察到的同位素效应，以及从占主导地位的单体的振转贡献。
2009-02-12 astro-ph.CO cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Terahertz streaking of few-femtosecond relativistic electron beams
光电子的激光条纹效应被广泛应用于阿秒极紫外脉冲的时间特性研究。最近，这项技术已被用来表征飞秒x射线脉冲在自由电子激光与条纹印的远红外和太赫兹（THz）脉冲。在这里，我们报告成功实现太赫兹条纹的时间戳的超短相对论电子束的能量是几个数量级高于光电子。这种能力是特别重要的MeV超快电子衍射（UED）的应用，其中电子束与几个飞秒脉冲宽度可以获得纵向压缩，而到达时间可能会波动在一个更大的时间尺度。利用这种激光驱动的太赫兹条纹技术，超短电子束的脉冲宽度为6 fs（rms）的到达时间已被确定为1.5 fs（rms）的精度。此外，我们已经提出并证明了一种非侵入性的方法，通过测量压缩光束的能量，这可能会允许一个推进UED对子10 fs的前沿远远超过~100 fs（rms）的抖动与飞秒精度的定时抖动的校正。
2018-05-10 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.ins-det
An intuitive approach to structuring the three polarization components of light
本文通过对二维静电学、静磁学和流体动力学的类比，对紧密聚焦的光束进行了直观的解释。我们使用Helmholtz分解的横向偏振分量在横向平面中引入广义径向和方位角偏振态。这以透明的方式揭示了横向和纵向偏振分量之间的相互作用。我们的方法产生了一个全面的理解紧密聚焦的激光束，我们通过几个有见地的例子来说明。
2018-10-02 physics.optics
Influence of longitudinal chromatism on vacuum acceleration by intense radially polarized laser beams
我们报告与单粒子模拟的纵向色差，一种常见的时空耦合在超短激光脉冲，可以有一个显着的影响，通过高功率，紧聚焦径向偏振激光束的电子的纵向加速。这种效果可能是有利的，并且当与小的时间啁啾值组合时甚至更有利。然而，当纵向色差的幅度和符号不理想时，即使在非常小的幅度下，该效果也可以是高度破坏性的。这激发了驱动激光脉冲的表征和理解，并进一步研究类似的低阶时空耦合对这种加速的影响。
2019-06-17 physics.acc-ph physics.optics
Topological Anderson Phase Transitions in Y-shaped Plasmonic Valley Metal-slabs
本文研究Y形等离子体金属板中无序诱导的谷霍尔拓扑安德森相变，通过随机旋转单元调控谷陈数，实现拓扑态涌现与负折射，并用Dirac双带模型定量描述，为太赫兹器件降低传输损耗提供新思路。
2025-04-14 physics.optics
Generation of ten kilotesla longitudinal magnetic fields in ultraintense laser-solenoid target interactions
研究了超强激光脉冲辐照螺线管靶产生的纵向强磁场。通过三维粒子模拟，在超强激光与螺线管靶相互作用中，可以观察到高达10千特斯拉的纵向磁场。这一发现与螺线管靶中的快速和返回电子流有关。巨大的纵向磁场对于许多重要的应用是令人感兴趣的，这些应用包括控制用于医疗的激光驱动高能粒子的发散、惯性聚变中的快速点火等，作为一个例子，利用螺线管靶实现了良好聚焦和约束的定向电子束。
2018-03-19 physics.optics physics.plasm-ph
A revision of the forces exerted in the Rayleigh regime by a tighlty focused optical vortex tweezer
本研究针对傍轴紧聚焦光镊理论忽略纵向电磁场的问题，在瑞利区修正了圆偏振光学涡旋光镊的辐射压力计算，揭示了纵向场对力分量大小及SAM-OAM耦合项的影响。
2023-11-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Singular knot bundle in light
随着相干光束中涡旋结的尺寸减小，非傍轴效应改变了涡旋结光学奇点的结构。对于接近波长尺度的结结构，纵向极化效应变得不可忽略，并且电场和磁场不同，导致在横向和纵向极化分量中交织的打结结结构，我们称之为极化奇点结束。我们使用多项式光束近似和数值衍射理论分析它们的结构。分析揭示了紧聚焦几何中自旋轨道效应和极化拓扑的特征，并提出了测量这种现象的实验。
2018-07-24 physics.optics
A flexible, fast and benchmarked vectorial model for focused laser beams
在过去的几十年里，通过激光辐射对材料进行批量加工已经有了很大的发展，并且仍然开辟了新的科学和工业潜力。任何批量加工应用的开发都依赖于激光传播的知识，特别是焦点附近的体积场分布。许多商业程序可以模拟这一点，但是，为了适应它们，或者开发新的方法，通常需要创建特定的软件。除此之外，人们还需要测量焦点附近的实际场分布，以评估他们在模拟中的假设.为了方便地获得这些知识，我们提出了我们的高精度场分布测量方法，并在知识共享4.0许可下发布了我们的内部软件InFocus。我们的测量提供300纳米的纵向分辨率和衍射限制的横向分辨率。内部软件允许快速矢量分析的集中体积场分布在散装。对不同条件下（聚焦光学、波长、空间形状、传播介质）光传输的模拟结果与传输成像实验结果吻合较好。该模型考虑了折射率失配引起的像差和聚焦光学系统引起的像差，计算结果表明，该模型可以用于精确计算能量沉积
2021-02-26 physics.optics
Focused fields of ultrashort radially-polarized laser pulses having low-order spatio-temporal couplings
本文详细研究了具有低阶时空耦合的超短径向偏振激光束在焦点附近的场和传输特性。所考虑的三个STC是沿着纵向坐标将不同频率聚焦到不同位置，沿着一个横向坐标将频率聚焦到不同位置，以及具有幂律频率依赖性的束腰或瑞利范围。所考虑的STC被认为是低阶的，因为它们在频率上通常是线性的。低阶矢量束，超短脉冲持续时间，和三种不同的STC的组合显示出在电介质或带电粒子操纵和潜在的其他强场现象的异国情调的应用前景。提出的STC都是在标准频域模型中开发的，其中每种情况涉及不同的色项。我们提出了独特的RPLBs的矢量性质的结果，并将它们与线性极化的情况下，打开的机会，控制的电场周围的焦点与额外的元素的极化。
2021-10-20 physics.optics
Optomechanical THz detection with a sub-wavelength resonator
太赫兹（THz）光谱域提供了无数的应用，涵盖化学光谱学，医学，安全和成像[1]。它最近也成为光-物质相互作用基础研究的游乐场[2-6]。太赫兹科学和技术可以受益于光机械方法，利用光与微型机械谐振器的相互作用[7，8]。到目前为止，光学力学主要集中在光学和微波领域，导致新型量子实验[9-11]和光学微波转换器的发展[12-14]。在这里，我们展示了一个集成的元原子[15]太赫兹谐振器，其柔性部分充当机械振荡器。在该装置中，自由空间THz光子由谐振器收集，并感应高频电流和电荷，这些电流和电荷又耦合到机械自由度。由此产生的机械运动是光学读出，使我们的设备在室温下作为一个紧凑和高效的太赫兹探测器。此外，该器件在高调制频率（> 10 MHz）下工作，远远超过Golay电池、热电探测器和低温半导体测辐射热计的截止频率[16，17]。值得注意的是，我们的实验明确揭示了一个瞬时太赫兹检测机制所产生的纳米级库仑相互作用，与噪声等效功率，这是潜在的频率无关。除了这种效果，我们紧凑的几何结构允许非冷却测辐射热检测[18]，具有极短的热扩散时间（几微秒）和高探测率。
2017-05-31 physics.optics
Focused linearly-polarized light scattering from a silver nanowire: Experimental characterization of optical spin-Hall effect
自旋轨道相互作用（SOI）是一组亚波长光学现象，其中光的自旋和空间自由度是内在耦合的。光的自旋霍尔效应（SHEL）是SOI的一个独特的例子，它在自旋控制的光子器件以及自旋光学和自旋电子学的新兴领域中具有潜在的应用前景。在这里，我们报告我们的实验研究SHEL由于聚焦线偏振高斯和厄米高斯（$\textrm{HG}_{10}$）光束从银纳米线（AgNW）的前向散射。当分析散射光的偏振时，得到了自旋相关的反对称强度图案。通过计算远场纵向自旋密度（$s_3$）获得相应的自旋霍尔信号。通过比较$s_3$分布，发现$\textrm{HG}_{10}$光束的自旋霍尔信号比高斯光束有明显的增强。对物镜焦平面光场的研究表明，产生纵向旋转场是产生这种效应的主要原因。实验结果证实了三维数值模拟。结果导致更好地理解SOI，并可能对芯片级自旋辅助光子器件有直接的影响。
2021-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.optics
Inverse design of focused vector beams for mode excitation in optical nanoantennas
我们提出了一个自由空间，逆设计纳米结构的有效模式匹配场通过后向传播的紧聚焦矢量光束的高数值孔径的消球差系统的光瞳平面。首先，我们在不考虑任何激发场的情况下研究了纳米结构的本征模，然后在焦平面上提取了模式近场。然后，每个模态场被视为所需的焦点场，其带限波通过Richards-Wolf矢量衍射公式的反转向后传播到光瞳平面。通过将纵向电场/磁场分量与参考球上的径向电场/磁场分量相关联，可以将瞳孔场设计为真正的近轴。反过来，反向设计的光瞳场向前传播到聚焦区域中以生成设计的聚焦场，其在纳米结构表面上的分布用于评估设计的聚焦场和模态场之间的重叠，即，模态展开系数。硅纳米盘单体，二聚体和四聚体的研究表明，我们的逆方法设计的必要的紧密聚焦的矢量场，可以有效地和专门匹配的某一本征模的兴趣的能力。与前向波束成形方法相比，反向设计方法在定量上更容易得到精确的模式匹配场分布。这项工作可以对依赖于可控和可调模式激发和光散射的光学应用产生重大影响。
2022-04-15 physics.optics
Time-Reversed Diffraction
我们表明，惠更斯-基尔霍夫衍射的时间反演公式可以用来推导高斯激光束的横向和纵向场，从一个简单的假设高斯光束分布在远场。将这种技术应用于赫兹偶极子的远场的尝试表明，衍射定律如何不允许波在无电荷区域中被聚焦到小于立方波长的体积。
2000-03-23 physics.optics
Hybrid Longitudinal-Transverse Propagating Electric Fields in Photonic Crystal Waveguides
Vanderbilt University（范德堡大学）；Duke University（杜克大学）
本研究通过设计一维反槽光子晶体波导，实现纵向与横向电场的混合，并通过远场成像分解为独立极化，从而实现新的芯片上光子功能。
2026-03-04 physics.optics
A comprehensive study of the Spin-Hall effect of tightly focused linearly polarized light through a stratified medium in optical tweezers
本文系统研究了光镊中紧聚焦线偏振光通过分层介质时的自旋霍尔效应，发现特定数值孔径与折射率分层组合可产生远大于亚波长量级的自旋霍尔位移，并揭示了自旋角动量密度随数值孔径的非单调变化规律，为调控被俘获粒子的光力学行为提供了设计依据。
2024-11-21 physics.optics
Spectrum Phase and Constraints on THz-Optical klystron
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）
研究THz范围内光学速调管受微束化影响的频谱相位畸变及限制，揭示低能束下集体效应与辐射波长重叠导致的谱纯度和稳定性问题。
2026-03-09 physics.acc-ph physics.optics
Optical Manipulation of Relativistic Electron Beams using THz Pulses
存在使用微波或光辐射用于电子加速、波动、偏转和空间以及时间聚焦的实现和提议。在这样的应用中使用太赫兹（THz）辐射可以优于微波或光辐射，因为与微波脉冲相比，THz脉冲可以以相对于待操纵的电子聚束显著更小的时间抖动来生成，并且与光脉冲相反，THz脉冲的大得多的波长与电子聚束的典型尺寸相比很好。最近已经成功地产生了聚焦电场为1 MV/cm的超短THz脉冲，并预测聚焦场为100 MV/cm的THz脉冲将成为可能。根据我们的分析和数值研究的第一个结果，这个场强足够高的相对论性电子束的操纵极化太赫兹脉冲在各种几何形状。这是可能的，例如，利用能量为100 MeV、电荷量为0.42 nC的电子束团，在9.6 nm波长下构建了一个30 cm长的饱和自由电子激光太赫兹波荡器。
2011-09-30 physics.acc-ph physics.optics
Relativistic electrons from vacuum laser acceleration using tightly focused radially polarized beams
研究通过紧聚焦径向偏振光束至低密度气体实现真空激光加速，仅用98 GW功率产生1.43 MeV相对论电子束，揭示高原子序数气体电离动力学对电子注入与加速效率的关键作用。
2024-02-12 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.optics
Ultraconfined THz Phonon Polaritons in Hafnium Dichalcogenides
本研究针对太赫兹声子极化激元受限不足问题，利用铪基二硫化物的强光-物质耦合强度与自然双曲性实现超受限（因子超λ0/250），为太赫兹纳米光子应用提供支撑平台。
2025-02-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Efficiently parallelized modeling of tightly focused, large bandwidth laser pulses
利用电磁场的Stratton-Chu积分表示，研究了大带宽激光脉冲经高数值孔径反射镜聚焦后的时空特性。我们回顾了从Stratton-Chu表示导出衍射积分的形式方面，并讨论了在物理光学近似的推导中使用Hadamard有限部分。通过对公式的分析，我们发现，对于抛物柱面镜的特殊情况，描述焦斑附近反射场的被积函数不具有衍射积分的强振荡特性。因此，积分可以用简单有效的求积方法来计算，而不是用专门的、更昂贵的方法。我们报告一个有效的并行算法，评估的斯特拉顿-朱衍射积分的任意时间和空间依赖的入射场的发展。该方法的优点在于，其输入是来自激光链的未聚焦场，这在实验上已知具有高精度。我们使用我们的方法表明，飞秒时间的线偏振高斯光束的反射高数值孔径抛物柱面镜诱导的主导场分量的椭圆度，并产生强的纵向分量。我们还估计，未来的高功率激光设施可能达到$10^{24}\,\text{W/cm}^2$的强度。
2017-02-01 physics.comp-ph physics.optics
