Strong coupling between moving atoms and slow-light Cherenkov photons
我们描述了在原子速度与有效光速相当的情况下，运动原子与一维光子波导的耦合。这种条件可以例如在光子晶体或耦合谐振器阵列中实现，其中最大光子群速度与自由空间相比显著降低。在这种情况下，速度诱导的方向性和光子态密度中新发散的出现之间的相互作用引起了一系列新的现象和光子发射中的非微扰效应以及由此产生的运动原子之间的光子介导的相互作用。我们表明，除了潜在的实现与光波导，里德伯原子以上的超导微波谐振器的耦合阵列飞行提供了一个多功能的平台，探索这种新的制度下，原子光相互作用的实验条件。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Proposal for the experimental observation of twisted photons in transition and Vavilov-Cherenkov radiations
我们建议使用Vavilov-Cherenkov（VC）和过渡辐射作为扭曲光子在很宽的能量范围内的源。描述了观测构成这些辐射的光子的轨道角动量的实验装置。考虑了相对论性电子和离子在通过介质板时产生的辐射。对扭转光子在螺旋微聚束辐射中的总角动量相加规律进行了实验验证。给出了实验参数。
2020-01-15 physics.acc-ph physics.ins-det physics.optics
Spontaneous and Induced Radiation by Relativistic Particles in Natural and Photonic Crystals. Crystal X-ray Lasers and Volume Free Electron Lasers (VFEL)
综述了相对论粒子通过天然晶体和光子晶体产生自发辐射和感应辐射的机制。介绍了基于自然晶体和光子晶体中自发辐射的体自由电子激光的理论。
2011-01-04 physics.acc-ph physics.optics
Spatial distribution of Cherenkov radiation in periodic dielectric media
周期介质的非平凡色散关系影响切伦科夫辐射的光谱和空间分布。本文给出了任意三维和二维介质中切连科夫辐射在远场区的空间分布理论。根据布洛赫模展开式，得到了远场的简单解析表达式。给出了二维光子晶体中切伦科夫辐射的数值例子。发达的分析理论表现出良好的协议与数值严格的时域有限差分计算。
2009-05-18 physics.optics
Controlling Cherenkov angles with resonance transition radiation
切伦科夫辐射通过粒子速度与切伦科夫角之间的关系，提供了一种在宽动量范围内识别高能粒子的有价值的方法。然而，由于切伦科夫角仅取决于材料的介电常数，因此材料必然会对切伦科夫探测器的动量覆盖范围和灵敏度设置基本限制。例如，环形成像切伦科夫探测器必须采用对感兴趣的频率透明的材料，并且具有接近1的折射率，以识别多GeV范围内的粒子，因此通常限于大型气体室。这将是非常重要的，虽然具有挑战性的，以解除这一基本限制和控制切伦科夫角作为首选。在这里，我们提出了一种新的机制，利用建设性的干涉共振跃迁辐射的光子晶体产生的前向和后向切伦科夫辐射。该机构可以以灵活的方式控制切伦科夫角，对任何期望的速度范围具有高灵敏度。因此，光子晶体克服了切伦科夫探测器的严格材料限制，使得能够使用具有任意介电常数值的透明材料，并提供了一种有前途的选择，适合于在高能量下识别粒子，具有增强的灵敏度。
2018-04-19 physics.app-ph physics.optics
Surface Dyakonov-Cherenkov Radiation
工程材料技术的最新进展（例如，光子晶体、超材料、等离子体等）提供了控制切伦科夫辐射的有价值的工具。然而，在所有这些方法中，所设计的材料仅与粒子速度相互作用以影响切伦科夫辐射，而粒子轨迹的影响通常可以忽略不计。在这里，我们报告的表面Dyakonov-Cherenkov辐射，即发射的定向Dyakonov表面波从一个快速带电粒子移动顶部的双折射晶体。这种新型的切伦科夫辐射对粒子速度和轨迹都非常敏感，例如，当粒子轨迹落在特定方向附近时，我们观察到急剧的辐射增强。此外，接近切伦科夫阈值，这样的辐射增强可以比在传统的切伦科夫探测器中获得的辐射增强高几个数量级。这些不同的属性使我们能够同时确定粒子速度的大小和方向在一个紧凑的平台上。在这项工作中研究的表面Dyakonov-Cherenkov辐射不仅增加了一个新的自由度的粒子识别，但也提供了一个全介质的路线，以构建紧凑的Cherenkov探测器具有增强的灵敏度。
2020-12-17 physics.optics
Controlling Cherenkov threshold with nonlocality
由于双曲型异向介质中的光子态密度极大，在经典局域框架下，切伦科夫辐射一般被认为是无阈值的。虽然非局域性和量子效应的最新进展扩展了我们对金属纳米结构中光-物质相互作用的理解，但非局域性对无阈值切伦科夫辐射的影响仍然难以捉摸。在这里，我们从理论上证明，非局域性提供了一个不可或缺的方式灵活的工程切伦科夫阈值在金属介电层结构。特别地，非局域性导致下限速度截止，其值与电子费米速度相当。令人惊讶的是，如果超材料在ε接近零的频率附近工作，这个下限阈值可以明显小于经典预测的阈值。控制切伦科夫阈值的能力为切伦科夫辐射的实际应用开辟了许多前景，特别是对于集成的自由电子辐射源。
2020-02-11 physics.app-ph physics.optics
Analysis and design of transition radiation in layered uniaxial crystals using Tandem neural networks
随着纳米光子学的蓬勃发展，通过对高速粒子周围的光子晶体（PC）等超材料的性质进行微调，可以设计出性能优越的Cherenkov辐射模式用于粒子探测。然而，辐射方向图可以是敏感的PC的几何形状和材料特性，如周期性，单位厚度，和介电分数，直接分析和逆向设计困难。在这篇文章中，我们提出了一种系统的方法来分析和设计基于PC的过渡辐射，这是由深度学习神经网络辅助。通过匹配界面处的边界条件，多层结构的类切伦科夫辐射可以使用级联散射矩阵方法解析地解决，尽管光轴不与快速电子轨迹对齐。一旦经过良好训练，前向深度学习神经网络可以用于预测辐射模式，而无需进一步的直接电磁模拟;此外，已经提出了串联神经网络来逆向设计所需切伦科夫辐射模式的几何形状和/或材料特性。我们的建议展示了一个很有前途的策略，用于处理基于分层介质的切伦科夫辐射探测器，它可以扩展到其他新兴的超材料，如光子时间晶体。
2022-11-28 physics.optics
Continuously-tunable Cherenkov-radiation-based detectors via plasmon index control
最近的一项研究[PRB 100，075427（2019）]最终证明了金属纳米结构中折射率增强的等离子体类似物，这已经在原子云中研究了几十年。在这里，我们简单地利用这种现象，实现连续可调增强切伦科夫辐射在金属纳米结构。除了使切伦科夫辐射从缓慢移动的粒子，或增加其强度，该现象可以用于连续调谐粒子的速度截止有助于切伦科夫辐射。更有影响力的是，这允许对贡献粒子进行连续可调的分析，就好像数据是从许多不同的探测器收集的一样，这使得数据校正成为可能。这种现象也可以集成到晶格金属纳米结构中，用于连续介质调谐，其中存在高密度的光子态，甚至可以提高切伦科夫辐射的阈值。此外，消失吸收可以治愈由金属吸收引起的辐射角失真效应。
2020-04-15 physics.optics quant-ph
Enhanced Cherenkov radiation in twisted hyperbolic Van der Waals crystals
研究快电子与扭曲双曲范德华晶体相互作用，在平带共振频率实现宽动量范围增强切伦科夫辐射，为定向自由电子辐射提供新途径。
2024-08-26 physics.optics
Mapping local optical densities of states in silicon photonic structures with nanoscale electron spectroscopy
结构化介质中的相对论电子产生辐射损耗，例如切伦科夫和跃迁辐射，其充当虚拟光源，耦合到光子态密度。当介电函数的虚部为零时，效果最明显，在非延迟处理中不会发生损耗或耦合。作为一个子5nm的电子探针扫描整个有限的波导结构的能量损失的地图揭示了从近红外到远紫外的光谱域中的光学模式的空间分布。
2010-02-18 physics.ins-det physics.optics
Cooperative quasi-Cherenkov radiation
本文研究了在散粒噪声存在下，在电磁波的动态衍射条件下，初始未调制的电子（正电子）束团通过晶体（天然或人工晶体）时产生的合作参量（准切伦科夫）辐射的特性。对人工晶体中的太赫兹合作辐射进行了详细的数值分析。在模拟中得到了200~MW $/$ cm $^2$以上的辐射强度。在两波和三波衍射的情况下，合作辐射的峰值强度发射在小角度和大角度粒子速度的电子束团中的粒子数的函数进行了研究。峰值辐射强度似乎单调增加，直到达到饱和。在饱和时，散粒噪声引起合作参量辐射强度的强烈波动。结果表明，辐射脉冲的持续时间可以远远长于粒子通过晶体的飞行时间。这使得一个彻底的实验研究的时间结构的合作参量辐射的电子束团与现代加速器。合作参量（准切伦科夫）辐射的复杂时间结构可以在所有光谱范围（X射线，光学，太赫兹和微波）的人工（电磁，光子）晶体中观察到。
2014-11-11 physics.optics
A Brewster route to Cherenkov detectors
切伦科夫效应使一种有价值的工具，称为切伦科夫探测器，通过测量切伦科夫锥来识别高能粒子。然而，这种检测器的灵敏度和动量覆盖范围本质上受到主体材料的折射率的限制。特别是，识别能量超过几个千兆电子伏特的粒子需要具有接近1折射率的主体材料，这通常限于大型和笨重的气室。克服这种基本的材料限制对未来的粒子探测器很重要，但仍然是一个长期的科学挑战。在这里，我们提出了一个不同的切伦科夫探测器的范例，利用可变的一维光子晶体的堆栈制成的宽带角滤波器。由于布鲁斯特效应，角滤波器仅对来自精确入射角的切伦科夫光子透明，并且通过将每个切伦科夫角映射到检测平面中透射光子的峰值强度位置来实现粒子识别。角滤波器的这种独特性质对切伦科夫检测特别有益，因为它能够在整个可见光谱上实现非色散伪折射率。此外，这样的伪折射率可以灵活地调节到任意值，包括接近于1的值。我们的角度选择布鲁斯特范式提供了一个可行的解决方案，以实现紧凑和高灵敏度的切伦科夫探测器，特别是在光束线，它可以覆盖广泛的动量范围内使用现成的介电材料。
2021-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Observation of 2D Cherenkov radiation
Andrew and Erna Viterbi Department of Electrical Engineering, Technion, Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Zhejiang University（浙江大学）
首次观测二维切连科夫辐射，揭示自由电子在二维中发射量子化光子，实现前所未有的量子耦合强度。
2022-03-03 physics.optics quant-ph
Efficient visible frequency comb generation via Cherenkov radiation from a Kerr microcomb
光学频率梳实现了最先进的应用，包括频率计量、光学时钟、天文测量和传感。基于微谐振器的克尔频率梳或微梳的最新演示为光子芯片上的可扩展和稳定的梳源铺平了道路。然而，在可见光波长范围内产生微梳受到大的材料色散和光损耗的限制。本文提出了一种在高Q值氮化铝微腔中有效产生可见光微梳的方案。增强的Pockels效应将红外和可见光模式强烈耦合成混合模式对，它们参与克尔微梳的产生过程，并在相隔一个倍频程的可见光波段产生强的切伦科夫辐射。一个令人惊讶的高转换效率为22%的实现从泵浦激光到可见光梳。我们进一步证明了一个强大的频率调谐的可见光梳由一个以上的自由光谱范围，并将其应用到基于水的染料分子溶液的吸收光谱。我们的工作标志着高效率的可见光微梳产生和利用的第一步，它也提供了在一个微腔器件中的普克尔斯效应及其与克尔非线性强耦合的意义的见解。
2017-04-13 physics.optics
Transition radiation in photonic topological crystals: quasi-resonant excitation of robust edge states by a moving charge
我们证明，从理论和实验上，一个旅行电荷从一个光子晶体到另一个产生边缘波-电磁模式的频率内的共同光子带隙本地化的接口-通过过渡边缘波辐射（TER）的过程。一个简单而直观的TER谱密度的表达式推导，然后应用到一个特定的结构：两个界面光子拓扑绝缘体与相反的自旋陈指数。我们发现，TER打破了时间反演对称性，使谷和自旋极化生成的拓扑保护边缘波沿界面的一个或两个方向传播。在阿贡尾流场加速器设施的实验测量是一致的激励和本地化的边缘波。TER的概念为新型粒子加速器和探测器铺平了道路。
2019-07-22 physics.optics
Optical Solitons in a Trinal-channel Inverted Nonlinear Photonic Crystal
倒置非线性光子晶体是一种线性和非线性晶格相互竞争的晶体，线性势的最小值与非线性赝势的最大值重合，反之亦然。传统的倒置非线性光子晶体只有两个通道，可以通过在SU-8聚合物中掺入罗丹明B（RhB，一种具有饱和吸收的染料）来实现。本文通过将三种通道并列成一个周期，构造了一种新型的倒置非线性光子晶体。这三个通道是纯线性通道、可饱和自聚焦非线性通道和可饱和自散焦非线性通道。这种光学器件是用SU-8高分子材料周期性掺杂两种活性染料制成的。光场在该器件内部的非线性传播（沿着通道通过）可以由非线性薛定谔方程描述。在系统的第一个能隙中发现了稳定的多峰基波孤子和偶极孤子。这些孤子充分展示了一些有趣的数字特性，在光通信中可能具有潜在的应用价值。
2014-01-04 physics.optics
Dissipative soliton interaction in Kerr resonators with high-order dispersion
我们考虑一个含有光子晶体光纤的光学谐振腔，并由注入光束相干驱动。该器件由具有四阶色散的广义Lugiato-Lefever方程描述。我们用渐近方法导出了两个相互作用的耗散孤子的坐标随时间缓慢演化的相互作用方程。研究表明，正四阶色散引起的切伦科夫辐射使孤子间的相互作用力大大增加。结果，在相互作用方程的相空间中的大量等距孤子束缚态可以被稳定化。我们发现，即使很小的光谱滤波的存在下，不仅阻尼切伦科夫辐射在孤子尾，降低相互作用强度，但也可以影响束缚态的稳定性。
2021-02-07 nlin.PS physics.optics
Solitons in one-dimensional photonic crystals
我们报告的结果的空间孤子在一维光子晶体模型的系统分析，建立作为一个周期性的波导通道，宽度D的晶格，由宽度L-D的空通道分开。该系统的特征在于其结构“占空比”，DC = D/L。在自散焦（SDF）固有的非线性通道的情况下，可以预测的线性捕获势和有效的非线性排斥之间的竞争所造成的新的效果。在SDF模型的前两个有限带隙中发现了几种孤子，在具有自聚焦非线性的半无限带隙中发现了一族基本孤子。在中等DC值（如0.50），基本和高阶孤子填充的SDF模型的第二个带隙遭受不稳定的总功率的增加。通过失稳点，孤子呈现平顶形状，而不稳定孤子的形状得到反转，与局部极大值出现在空层。在窄通道模型（DC =0.25左右）中，基波和高阶孤子仅存在于第一有限带隙中，在那里它们是稳定的，尽管它们也具有反转的形状。
2008-08-31 nlin.PS physics.optics
The e.m. field nside the unidimensional Photonic Crystals - Study at optical frequencies applying "Quasi-Normal-Modes" theory
本文利用准简正模理论研究了一维光子晶体中光频电磁场的行为。下面的论文是受QNM理论的启发，最近开发的均匀腔开放的一侧。强调任何一维光子带隙都是两侧开放的腔，这允许限制e. m。场，但这会导致辐射损失;随着时间的推移，最初存在于其中的电磁场只能向外传播。一般情况下，1D-PBG不是一个保守系统，并且e.m.场不能用厄米算符来描述：简而言之，放弃了场辐射的简正模的讨论。QNM方法使用格林函数和双正交空间作为分析工具。一维光子带隙是以一种更现实的方式研究的：一个有限的结构，沉浸在一个无限的空间。放弃能量守恒的系统正在考虑有重要的后果，无论是数字和概念：它从真正的自频率复杂的准自频率。此外，由于描述时空演化的算符不是厄米算符，模不再是正规模，而是准正规模：事实上，只有在适当的条件下，它们不仅提供正交基，而且它们的时空演化与厄米正规模相似。
2011-06-01 physics.optics
On-the-fly particle metrology in hollow-core photonic crystal fibre
有效监测空气中的颗粒物（PM），特别是空气动力学直径小于2.5 μ m的颗粒物（PM2.5），对于改善公众健康至关重要。关于PM浓度、尺寸分布和化学特性的可靠信息是评估空气污染和确定其来源的关键。PM2.5表征的标准方法需要从大气中采集样品，并在实验室环境中使用复杂的设备进行后分析，通常非常耗时。虽然基于自由空间激光束或倏逝场散射分析的光学方法原则上适用于实时颗粒计数和尺寸确定，但在这些方法中缺乏折射率知识不仅导致不可避免的尺寸确定模糊，而且还防止颗粒材料的识别。在倏逝波检测的情况下，系统寿命受到颗粒粘附到表面的强烈限制。本文提出了一种基于空芯光子晶体光纤的大气颗粒物测量新技术。它提供现场颗粒计数，尺寸和折射率测量，有效地无限的设备寿命，并依赖于光学力，自动捕获空芯前面的空气中的颗粒，并将它们推入光纤。由此产生的传输下降，连同通过光纤的颗粒的飞行时间，提供了明确的映射的颗粒尺寸和折射率具有高精度。该技术代表了当前可用的实时粒子计量系统的相当大的进步，并且可以直接应用于监测开放大气中的空气污染，以及在局部环境（例如封闭的房间或反应容器）中的精确粒子表征。
2019-07-21 physics.app-ph physics.optics
Interference and Shadow Effects in the Production of Light by Charged Particles in Optical Fibers
通过窄光纤或靠近窄光纤的带电粒子通过偏振感应由光纤引导的相干光。在零交叉角的限制下，辐射趋向于具有离散谱的切伦科夫辐射，不同的作者对此进行了研究。如果粒子以规则间隔的点穿过弯曲的纤维，则干涉产生准单色线。如果粒子在光纤的一端附近通过，则通过端面捕获虚光子来产生光。另一种方法是将一个金属球粘在光纤上：通过的粒子引起等离子体激元，然后在光纤中作为光被抽空。来自多个端部或球的灯光之间可能会发生干涉。这些不同的光信号的光束诊断的应用进行了讨论。指出了当粒子平行于一排球运行时会降低光子产额的阴影效应，并推测了粒子能量损失的上限$-dE/dz\le C(Ze/b)^2$（$Ze$是粒子电荷，$b$是碰撞参量，$C$是数值常数）。这个界限也适用于其他类型的光源，特别是史密斯-珀塞尔辐射。
2008-03-03 physics.ins-det physics.optics
