Dissipation Effect on Optical Force and Torque near Interfaces
菲涅耳-斯涅耳定律是光学中的基本定律之一，它给出了光在界面处的行为的见解，如果在传输介质中存在耗散，则违反了该定律。为了克服这个问题，我们将折射角从实数扩展到复数。我们使用这种复角的方法来分析光在有耗介质和无耗介质之间的界面处的行为。我们发现，耗散使光的波数超过最大允许在无损接口。这是令人惊讶的，因为一般来说，介电损耗仅改变光的强度分布，因此即使存在介电损耗，也不能在体中产生这种过量的波数。此外，反常的圆极化出现耗散。异常圆偏振的方向是横向的，而在没有耗散的情况下，圆偏振的方向必须是纵向的。我们还讨论了过量波数如何增加光学力以及反常圆偏振如何产生光学横向力矩。这种由耗散产生的光的新状态将为新一代的光学捕获和操纵铺平道路。
2019-04-18 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Thermal equilibrium spin torque: Near-field radiative angular momentum transfer in magneto-optical media
光的自旋和轨道角动量在量子纳米光子学和拓扑电动力学中起着核心作用。在这里，我们表明，从有限大小的机构组成的非互易磁光材料的热辐射可以施加一个自旋力矩，即使在全球热平衡。超越了近场热传递的范式，我们计算近场辐射角动量传递有限大小的非互易物体Rytov的波动电动力学与光学角动量理论相结合。证明了在外加磁场作用下，与周围环境处于非平衡状态的单个磁光立方粒子会产生转矩（T对称性破缺）。此外，即使在全局热平衡中，具有未对准的旋轴的两个粒子经历具有相反符号的相等大小的扭矩，这倾向于使它们的旋轴彼此平行地对准。我们的结果是普遍适用的半导体，如InSb（磁等离子体），以及外尔半金属表现出异常霍尔效应（gyrotropy）在红外频率。我们的工作铺平了道路，近场角动量转移介导的热涨落的纳米器件。
2021-06-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Angular momentum of circularly polarized light in dielectric media
当通过麦克斯韦方程组检查时，已知圆偏振平面波没有角动量。然而，这与实验观察到的事实相矛盾，其中已知有限段的平面波能够将角动量传递给双折射血小板。使用的四个平面波传播在一个共同的方向略有不同的角度的叠加，我们推导出一个表达式的角动量密度的一个单一的平面波的极限时，四个光束的传播方向进入对齐。我们继续使用这种四光束技术来分析角动量守恒时，平面波进入介质板从自由空间。示出的光束的角动量减少后，进入电介质，凭借的事实，即入射光束施加在板表面上的扭矩在进入点。当光束离开平板时，它向出射面施加相等但相反的扭矩，从而在重新出现到自由空间中时恢复其初始角动量。一路上，我们推导出一个表达式的正常入射，有限直径的光束在电介质表面上的外向力，这个力和实验观察到的强烈照明下的液体表面的膨胀之间的可能关系进行了探索。
2014-01-28 physics.class-ph physics.optics
Van der Waals torque and force between dielectrically anisotropic layered media
我们分析了一对介电各向异性平面层状介质之间的范德华相互作用，介电各向同性溶剂介质相互作用。我们开发了一个通用的形式主义的基础上的传输矩阵，调查的范德华扭矩和力的限制弱双折射和介电匹配的各向异性层和溶剂之间的普通轴。我们应用这种形式主义来研究以下系统：（i）一对单一的各向异性层，（ii）一个单一的各向异性层与交替的各向异性和各向同性层组成的多层板相互作用，以及（iii）一对多层板，每个由交替的各向异性和各向同性层组成，在光轴平行和/或垂直于层的平面的情况下。对于第一种情况，两个相互作用的板的相对面向的各向异性层的光轴通常具有角度失配，并且在每个多层板内，光轴可以是相同的，或者在各向异性层上经历恒定的角度增量。特别是，我们研究如何范德华扭矩和力的行为可以通过调整层的厚度，每个板内的相对角增量，和板之间的角度不匹配的“调谐”。
2016-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multi-Objective Tweezers in Scattering Media
EPFL（洛桑联邦理工学院）；Vienna University of Technology (TU Wien)（维也纳工业大学）；Univ. Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, I2M（波尔多大学）；Arts et Metiers Institute of Technology（巴黎高科国立高等工艺学院）
本文提出在复杂散射介质中利用声波或光波同时操控多个物体的新方法，实现多目标最优操控与精确操作。
2026-05-15 physics.app-ph physics.optics
Optical force and torque on a spinning dielectric sphere
该研究通过完全波模拟发现旋转的各向同性无损耗介电球在平面波照射下会产生横向光力与光力矩，利用多极展开揭示了旋转引起的有效双各向异性及 Sagnac 频率分裂效应，为运动介质中的非常规光学操控提供了新理解。
2025-03-06 physics.optics
The Lorentz force law and its connections to hidden momentum, the Einstein-Laub force, and the Aharonov-Casher effect
经典电动力学的洛伦兹力，当应用于磁性材料时，产生隐藏的能量和隐藏的动量。从坡印廷矢量、电磁动量密度、洛伦兹力和力矩密度中去除隐藏实体的贡献，简化了经典理论的方程。特别地，电磁力密度的简化表达式变得与电场和磁场施加在电荷、电流、极化和磁化分布上的力的爱因斯坦-劳布表达式非常相似（但不相同）。实例揭示了描述电磁场对材料介质施加的力和扭矩的各种方程之间的异同。爱因斯坦-劳布公式简化的一个重要例子是在静态电场中运动的磁偶极子，它表现出阿哈罗诺夫-卡希尔效应。
2014-04-12 physics.class-ph physics.optics
Whence the Minkowski Momentum?
电磁波携带亚伯拉罕动量，其密度由p_EM = S（r，t）/c^2给出。这里S（r，t）= E（r，t）\timesH（r，t）是在空间中的点r和时间中的时刻t的坡印廷矢量，E和H是局部电磁场，c是真空中的光速。上述陈述是真实的，无论波是否驻留在真空或在一个ponderable介质，该介质可能是或可能不是均匀的，各向同性的，透明的，线性的，磁性的，等当一个光脉冲进入吸收介质，所经历的介质的力只是部分由于吸收亚伯拉罕动量。当然，这种被吸收的动量表现为洛伦兹力（当脉冲在吸收器内熄灭时），但并非所有介质所经历的洛伦兹力都归因于被吸收的亚伯拉罕动量。我们考虑一种复折射率为n_2+ik_2的吸收/反射介质，它浸没在折射率为n_1的透明介质中，光必须穿过该介质才能到达吸收器/反射器。取决于两种介质之间的阻抗失配，该失配取决于n_1、n_2、k_2，更多或更少的光将耦合到吸收器/反射器中。这种阻抗失配对n_1的依赖性是在某些涉及淹没物体的辐射压力实验中出现闵可夫斯基动量的全部原因。
2012-07-28 physics.optics
Theory of optical tweezing of dielectric microspheres in chiral host media and its applications
本文首次报道了嵌入手征介质中的球形电介质粒子光镊理论。我们开发了一个分波（米氏）展开计算的光学力作用在介质微球照射的圆偏振，高度聚焦的激光束。当选择与介质相同旋向的偏振时，轴向陷阱稳定性得到改善，从而允许高折射率粒子的镊子效应。当颗粒被外力离轴移位时，其平衡位置通过光学扭矩的机械效应绕光轴旋转。当考虑比波长大几倍的半径时，在手性主介质的存在下，光学扭矩和旋转角度都大大增强。在这个范围内，旋转的角度强烈地依赖于微球半径和主介质的手性参数，这两个参数的定量表征开辟了道路。可测量的角度预测，即使在自然发生的手性溶质的情况下，允许一种新的全光学方法，本地探测在纳米尺度的手性响应。
2020-09-25 physics.optics
Soliton gyroscopes in media with spatially growing repulsive nonlinearity
我们发现，最近引入的模型的自陷支持的空间增长的强度的排斥非线性产生了强大的涡旋孤子环面，即，具有拓扑荷S的三维涡旋孤子。S=1的族是完全稳定的，而S=2的族具有稳定和不稳定的交替区域。这些族几乎完全再现的分析形式的T-Fermi近似（TFA）。S=2和3的不稳定状态分裂成持续旋转的酉涡对或酉涡三角形。对涡环施加适度的扭矩会引发持续的进动模式，其中环的轴沿着圆锥表面移动。一个强大的扭矩严重变形的涡孤子，但尽管如此，他们恢复自己的轴定向根据矢量添加角动量。
2013-12-09 cond-mat.quant-gas nlin.PS physics.optics
Macroscopic direct observation of optical spin-dependent lateral forces and left-handed torques
观察和驯服由非平凡的光-物质相互作用产生的不寻常效应，总是促使科学家更好地理解自然，并开发技术工具来实现新的应用。最近，一些不寻常的光学力学效应已经被揭开，当微妙的自旋轨道相互作用发挥作用，建立在日常生活中很难看到的光学力和扭矩，如负的光辐射压力，横向光学力，或左手光学扭矩。到目前为止，尽管概念上取得了巨大的进步，但只有少数实验方案可以揭示这些影响。特别是，自旋相关的横向力和它们的角度模拟要么是以直接观测为代价，要么是以特定仪器复杂性为代价。在这里，我们报告肉眼识别的光致自旋相关的横向位移厘米大小的物体赋予结构双折射。它的角对应的也进行了讨论，并观察到左手宏观旋转运动的报告。揭示的效应最终是由横向光学力场驱动的，比迄今为止报道的大五个数量级。这些结果允许结构化光-物质相互作用从科学好奇心转变为现有跨长度尺度的多学科光学操纵工具箱的新资产。此外，这突出了各向异性和非均匀介质的自旋轨道光学力学，这是刚刚开始探索。
2018-02-02 physics.optics
Photon orbital angular momentum and torque metrics for single telescopes and interferometers
上下文光子轨道角动量（POAM）通常在量子力学背景下调用。然而，它也可以适用于经典体系，其中包括观测天文学。目标。我解释了为什么POAM数量是描述天文系统端到端行为的优秀指标。为了证明他们的效用，我计算POAM的概率和扭矩从全息测量EVLA天线表面。方法.与以前定义的概念和演算，我提出了通用表达式POAM光谱，总POAM，扭矩谱，总扭矩在图像平面。我扩展这些功能的形式来描述特定的POAM行为的单个望远镜和干涉仪。结果空间不相关的天文源的POAM概率在量子数上是对称的。这样的物体在天球上具有零固有总POAM，这意味着在像平面中的总POAM与由传播介质和仪器内的像差引起的总扭矩相同。总转矩可分为与源无关的分量和非源分量，非源分量又可写成三种形式。对于干涉仪，合成孔径的离散采样会产生复杂性，但它们是可以克服的。POAM还表现在阵列中每个望远镜的切趾中。观察点源的EVLA天线的全息图表明，在n = 0状态中的~ 10%的光子被扭转到n！0个州。结论. POAM量代表了表征仪器的优秀指标，因为它们用于同时描述振幅和相位像差。相比之下，泽尼克多项式只是微分方程的解，其恰好对应于特定类型的像差，并且通常用于仅拟合相位。
2012-03-09 astro-ph.IM physics.optics
Solar Sails, Optical Tweezers, and Other Light-Driven Machines
电磁波携带能量、线动量和角动量。当光（或其他电磁辐射）与物质介质相互作用时，通常会交换能量和动量。材料主体在其与电磁场的相互作用中所经受的力和扭矩使得整个系统的能量以及线动量和角动量（即，场加物质的系统）是守恒的。辐射力现在被常规地用于捕获和操纵小物体，如玻璃或塑料微珠和生物细胞，驱动微型和纳米机器，并考虑在太阳帆的帮助下进行星际旅行。我们讨论的电磁场的属性，使这种广泛的应用。
2012-06-07 physics.class-ph physics.optics
Universal spin-resolved thermal radiation laws for nonreciprocal bianisotropic media
光的手性吸收体可以基于基尔霍夫定律发射自旋偏振（圆偏振）的热辐射，基尔霍夫定律使自旋分辨发射率与热平衡下互易介质的自旋分辨吸收率相等。没有这样的法律是已知的非互惠媒体。在这项工作中，我们发现了三个自旋分辨基尔霍夫定律的热辐射适用于互易和非互易平面介质。特别地，这些定律适用于一般双各向异性材料类别的多层或复合板，所述材料类别包括（单轴或双轴）双折射晶体、（旋向性）Weyl半金属、磁化半导体、等离子体、铁磁体和铁氧体、（磁电）拓扑绝缘体、超材料和多铁性介质。我们还提出了一个实验来验证这些法律使用一个单一的系统掺杂锑化铟（InSb）薄膜在外部磁场。此外，我们揭示了一个令人惊讶的结果，所有这些材料类的平板可以发射部分圆偏振的热光，而不需要任何表面图案化，并确定平面配置，可以经历非平凡的热光学机械力和扭矩时，在较低的温度（非平衡）热发射到外部环境。我们的工作还提供了一个新的基本见解的细致平衡的角动量（除了能量）的平衡热辐射，并铺平了道路，为实际功能的基础上，热辐射使用非互易双各向异性材料。
2020-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
On the Foundational Equations of the Classical Theory of Electrodynamics
对麦克斯韦-洛伦兹电动力学理论的仔细研究表明，材料介质的极化和磁化不需要被视为小体积上的局部平均值-体积仍然包含大量的电偶极子和/或磁偶极子。实际上，麦克斯韦的宏观方程组是电磁场和它们的源之间的精确和自洽的数学关系，其中包括自由电荷，自由电流，极化和磁化。必要时，物质成分的离散性质和物质介质的粒度可以借助特殊函数来处理，例如狄拉克的δ函数。电磁场的能量和这种能量与物质介质的交换用一个单一的假设来处理，该假设建立了坡印廷矢量S = ExH作为在所有情况下电磁能的流动速率。类似地，场的线动量密度和角动量密度是坡印廷矢量的简单函数，其可以在空间和时间中的所有点处被明确地评估，而不管可能驻留在各个位置处的物质介质的类型（如果有的话）。最后，我们考察了爱因斯坦-劳布力密度方程和力矩密度方程，并指出这些方程与前面的假设、守恒定律和狭义相对论的一致性。这样得到的一组假设构成了经典电动力学理论的基础。
2014-04-09 physics.optics
