Quasi-Bound States in the Continuum-Induced Second Harmonic Generation Enhancement in High-$Q$ Triple Dielectric Nanoresonators
Institute for Advanced Study, Nanchang University（南昌大学高等研究院）；School of Education, Nanchang Institute of Science and Technology（南昌理工学院教育学院）；School of Optoelectronic Engineering, Guangdong Polytechnic Normal University（广东技术师范大学光电工程学院）；School of Information Engineering, Nanchang University（南昌大学信息工程学院）；School of Physics and Electronic Science, East China Normal University（华东师范大学物理与电子科学学院）
通过三亚波长电介质谐振器中的破坏性干涉实现高Q共振，提升二次谐波生成效率至6.6%
2025-07-02 physics.optics
Transition metal dichalcogenide nanodisks as high-index dielectric Mie nanoresonators
单层过渡金属二硫属化物（TMDC）最近被提出作为一个独特的激子平台，先进的光学和电子功能。然而，尽管进行了大量的研究工作，但人们在很大程度上忽视了，除了显示出丰富的激子物理特性外，TMDC还具有非常高的折射率。这为利用这些材料构建基于亚波长几何模式的谐振纳米天线提供了可能性。在这里，我们表明，从剥离的多层WS $_2$制造的纳米盘支持不同的米氏共振和所谓的anapole状态，可以很容易地调谐在可见光和近红外光谱范围内的波长通过改变纳米盘的大小和纵横比。我们认为，TMDC材料的各向异性和激子的存在，大大丰富了纳米光子学的基础上等离子体和众所周知的高折射率材料，如硅的传统方法的补充。作为一个概念验证，我们展示了一种新的制度的光-物质相互作用，anapole激子极化激元，我们实现在一个单一的WS $_2$纳米盘。因此，我们的研究结果表明，纳米图案的TMDC是有前途的高折射率纳米光子学应用的材料，具有丰富的功能和优越的前景。
2018-12-10 physics.optics
From all-dieletric nanoresonators to extended quasi-static plasmonic resonators
本文推导了全介质纳米粒子簇在近谐振频率下的等效电磁介质，发现其表现为扩展准静态等离激元谐振器，可产生巨大电磁场。
2023-12-23 math.AP physics.optics
Multipole analysis of substrate-supported dielectric nanoresonator arrays with T-matrix method
Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院）
开发了基于T矩阵的通用框架，将耦合多极模型推广到任意高阶多极和基底支撑阵列，分析了基底对无序阵列光学响应的影响，并应用于折射率传感。
2026-06-03 physics.optics
Multipolar second-harmonic generation from high-$Q$ quasi-BIC states in nanoresonators
多模干涉和多极相互作用控制光学纳米谐振器和非线性纳米天线的功能。最近，高品质的超腔模式（准BIC状态）在个别的亚波长介质粒子的激发已被预测，以提高在纳米尺度上的非线性频率转换。在这里，我们提出了多极模型，它捕捉背后的物理驱动的高$Q$模式的纳米谐振器的线性和非线性响应。我们表明，准BIC状态的AlGaAs纳米盘的形成可以理解通过耦合漏模的多极变换。特别地，杂化轴对称TE偏振模可以被看作是多极子的叠加，其母多极子的基主要由磁偶极子和八极子构成。参数空间中的准BIC点出现在偶极损耗被完全抑制的地方。通过与其多极原点匹配的方位角偏振光束照明来实现与该状态的有效光学耦合。我们建立了一个标准的非厄米耦合模理论和多极模型，使透明的散射特性的解释之间的一一对应。使用我们的方法，我们得到的多极组成所产生的二次谐波辐射的AlGaAs纳米盘，并验证它与全波数值模拟。在考虑抽运损耗的耦合非线性模型中，考虑了二次谐波辐射对基频的反作用。提出了一种混合金属-介质纳米天线，将转换效率提高了几十个百分点，实现了非线性参量下转换。我们的研究结果描绘了深入的概念框架和新的有前途的策略，在非线性纳米光子学应用的功能元件的设计。
2020-01-13 physics.optics
Nonlinear exciton-Mie coupling in transition metal dichalcogenides nanoresonators
二硫化钼（MoS 2）是过渡金属二硫属化物（TMDC）的层状材料，在可见光和红外光谱范围内具有高折射率。因此，通过将MoS 2构建到介电纳米谐振器中，可以产生高度受限的电磁Mie型模式。在这项工作中，我们采用光刻和蚀刻技术，以单晶二硫化钼薄片制造纳米盘，支持磁偶极子米氏共振在近红外光谱范围内。通过二次谐波产生（SHG）旋转各向异性研究了纳米盘，揭示了制造后单盘结构的结晶度和晶轴取向的保留。磁偶极共振在倍频谱中表现为共振强度增强。通过选择MoS 2纳米盘的几何尺寸来调谐Mie共振，我们证明了由于在基波波长处的光学共振与在二次谐波波长处的C-激子共振的重叠而强烈增强的SHG。
2021-12-03 physics.optics
TMDC Resonators for Second Harmonic Signal Enhancement
过渡金属二硫属化合物（TMDCs）除了具有强的非线性光学响应外，还在可见光和红外区具有高折射率。因此，通过将这些TMDC图案化成介电纳米谐振器，可以产生高度受限的电磁模式。TMDC纳米谐振器的受控制造不仅增强了材料的固有非线性响应，而且还允许通过纳米谐振器阵列对发射进行空间成形。在这里，我们制作图案化的WS2磁盘，支持高的内部谐振电场，并显示在可见光区的二次谐波（SH）产生的强烈增强。此外，我们组装的WS2磁盘阵列空间直接的相干SH发射，在类比相控阵天线。最后，我们调查和讨论的区域发射起源和强度的测量SH信号，我们发现依赖于所使用的散装WS2的材料变化的巨大差异。
2020-05-02 physics.optics
Enhanced Excitation and Emission from 2D Transition Metal Dichalcogenides with All-Dielectric Nanoantennas
最近出现的基于高折射率介电纳米颗粒中的光学米氏共振的全介电纳米光子学的概念已经被证明是一种有前途的途径，以促进纳米尺度下的光-物质相互作用。在这项工作中，我们讨论了介电纳米谐振器与二维过渡金属二硫属化物（二维TMDC）的相互作用，导致弱耦合和强耦合制度的机会。我们进行了全面的分析明亮的激子光致发光（PL）增强从各种二维TMDC，包括WS 2，MoS 2，WSe 2，和MoSe 2通过它们的耦合到硅纳米粒子的米氏共振。对于每一种情况下，我们找到相应的最大PL增强考虑到激发速率，珀塞尔因子，和辐射效率的系统参数。我们数值证明，全介质硅纳米天线可以显着提高PL强度从二维TMDC的一个因素，通过精确的几何和材料参数的优化。我们的研究结果可能是有用的高效率的二维TMDC为基础的光电，纳米光子和量子光学器件。
2018-10-15 physics.optics
Effective bath model for arrays of coupled non-Hermitian nanoresonators
纳米光子学系统最近在非厄米物理学的视角下进行了研究。考虑到它们在波前控制、非线性光学和量子光学方面的潜力，开发预测工具来帮助它们的设计是至关重要的。我们在这里提出了一个简单的模型，依赖于耦合到一个有效的浴组成的一个连续的模式来描述系统的耦合谐振器，并测试它的介电纳米柱链访问实验。有效的耦合常数，这取决于谐振器之间的距离，从数值模拟中提取的情况下，只有两个耦合元件。该模型成功地预测了色散和反应性的模式配置多个谐振器，数值解验证。它可以应用于更大的系统，这是很难解决的有限元方法。
2021-10-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Probing the optical near-field interaction of Mie nanoresonators with atomically thin semiconductors
该研究通过实验与模拟验证 MoSe2 单层与介电 Mie 纳米谐振器近场的耦合，并利用 PLE 与 DF 光谱差异证明其可作为近场探针。
2022-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
All-Dielectric Metasurfaces Based on Cross-Shaped Resonators for Color Pixels with Extended Gamut
基于等离子体结构的印刷技术与基于颜料的彩色印刷相比具有许多优点，例如高分辨率、超紧凑尺寸和低功耗。然而，由于金属在可见光谱中的高损耗和广泛的共振行为，产生清晰的颜色变得具有挑战性。在这里，我们研究了十字形介电纳米谐振器，它可以在可见光谱范围内实现高质量的谐振，从而获得高质量的颜色。我们数值预测和实验证明，所提出的全电介质纳米结构表现出高品质的颜色与选择性的波长，特别是由于较低的损失相比，基于金属的等离子体滤波器。这会产生具有高色调和饱和度的基色（RGB）。我们进一步表明，通过选择适当的长度和宽度的个人$Si$纳米天线，可以实现大色域。此外，所提出的基于全电介质超颖表面的滤色器可以与成熟的电子器件制造技术集成。
2017-02-28 physics.optics
Effective Dielectric Constants of Photonic Crystal of Aligned Anisotropic Cylinders: Application to the Optical Response of Periodic Array of Carbon Nanotubes
本文计算了各向异性介质柱周期系统的静态介电张量。对于任意二维布拉菲晶格和任意截面的各向异性圆柱体，得到了E-和H-本征模的有效介电常数的精确解析公式。结果表明，各向异性柱体光子晶体的低频特性与单轴或双轴自然晶体相似，取决于其晶胞的对称性。发展的均匀化理论的各向异性圆柱体的碳纳米管的光子晶体的介电性能的计算。
2005-05-15 physics.optics
All-Dielectric Photo-thermo-optical Metasurfaces for Thermal Landscaping at the Nanoscale
本文提出一种基于热光非晶硅纳米谐振器的全介质超表面逆向热设计框架，通过预计算吸收光谱库实现纳米尺度温度场调控，并预测光热催化反应速率提升超30%。
2025-10-17 physics.app-ph physics.optics
Omnidirectional total transmission at the interface associated with an anisotropic dielectric-magnetic metamaterial
基于Ewald-Oseen消光定理，研究了波从真空入射到各向异性介质-磁性材料中的全透射问题。结果表明，全向全透射不需要限制在与传统的各向异性介质的界面。近年来，一种新型的各向异性介磁材料的出现，使全向全透射成为可能。研究发现，全向全透射的内在物理基础是电磁响应的集体贡献。
2006-07-30 physics.optics
Special scattering regimes for conical all-dielectric nanoparticles
全介电纳米光子学为半导体和介电纳米谐振器中独特的光学效应驱动的各种新现象和散射机制开辟了一个场所。他们独特的光学签名，使在可见光范围内的同时电和磁响应铺平了道路，为大量的新的应用在纳米光学，生物学，传感等在这项工作中，我们研究制造友好的截断锥谐振器，并实现几个重要的散射制度，由于锥的固有属性-沿主轴对称破缺，而不涉及复杂的几何形状或结构化的光束。我们展示了这种对称性破缺来提供各种Kerker效应（广义和横向Kerker效应），非散射混合阿那普尔制度（同时阿那普尔条件的所有多极子在一个粒子导致几乎完全的散射抑制），反之亦然，超散射制度。在相同的简单几何范式下，所讨论的效应可以大大简化具有不同功能的光子器件的制造过程。此外，由锥度驱动的额外自由度为在纳米尺度上定制光-物质相互作用开辟了新的视野。
2022-09-14 physics.optics
Enhanced left/right asymmetry in reflection and transmission due to a periodic multilayer of a topological insulator and an anisotropic dielectric material
反射和透射中的非常弱的左/右不对称性由各向异性介电材料层顶部上的拓扑绝缘体层提供，但是通过使用两种类型材料的周期性多层可以非常显著地增强。这是实现单向太赫兹器件的一个有吸引力的前景，因为这两种类型的材料都可以使用标准的物理气相沉积技术生长。
2020-03-01 physics.optics
Theory of Optical Nonlocality in Polar Dielectrics
中红外线的亚波长限制可以利用极性介电晶体在其Reststrahlen光谱区域中的类金属光学响应来实现，其中它们支持称为表面声子极化激元的消逝模式。在过去的几年里，研究声子极化激元定位在纳米谐振器和分层异质结构已经取得了显着的成功，突出了他们作为一个有前途的平台，中红外纳米光子应用。在这里，我们证明了在纳米物体的声子极化激元的标准本地介电描述失败，由于声子响应的非本地性质，我们开发了相应的非本地理论。我们的一般理论的应用，以介电纳米球和薄膜表明，极性的电子束表现出丰富的非局域现象，定性不同的等离子体系统之一，由于负色散的声子光学模式。
2020-05-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
All-Dielectric Silicon/Phase-Change Optical Metasurfaces with Independent and Reconfigurable Control of Resonant Modes
由纳米结构的高折射率材料（通常是Si）阵列组成的全介电超颖表面正在重写在光的操纵方面可以实现的东西。这样的设备支持非常强的磁共振以及电共振，并且没有严重限制其等离子体对应物的性能的欧姆损耗。然而，基于电介质的超颖表面的功能是通过设计固定的，即光学响应通过纳米谐振器的尺寸、布置和索引固定。如果主动/可重构控制是可能的，则可以解决更广泛的应用。我们在这里证明了这一点，通过一个新的混合超颖表面的概念，其中主动控制是通过嵌入深亚波长夹杂物的可调硫属化物相变材料内的高折射率硅纳米圆柱体的身体。此外，通过相变层的战略布局，以及其相态的切换，我们显示了对超表面共振的选择性和主动控制。这产生了新的功能，我们展示了通过一个双到单波段元开关同时在O和C电信频段。
2019-01-15 physics.optics
Integral equation method for the electromagnetic wave propagation in stratified anisotropic dielectric-magnetic materials
本文用积分方程方法研究了电磁波在层状各向异性介质磁材料中的传播。本文从叠加原理出发，利用辐射场的赫兹矢量公式研究了波与物质的相互作用。本文用自洽分析的方法导出了色散关系、斯涅耳定律和反射/透射系数。此外，我们发现了两种新的形式的广义灭绝定理。应用IEM，我们研究了波通过平板的传播，并揭示了底层物理现象，并通过数值模拟进一步验证了这些物理现象。结果导致一个统一的框架的IEM波入射波的传播无论是从介质或真空中分层介电磁性材料。
2010-05-17 physics.optics
Anisotropic enhancement of group velocity in a homogenized dielectric composite medium
在某些情况下，均匀化复合介质（HCM）中的群速度可以超过其组成材料相中的群速度。我们探索这种现象的单轴介电HCM包括各向同性组分材料相分布为取向的球状颗粒。理论方法是基于Bruggeman均匀化形式主义。在HCM相对于组分材料相的群速度的增强被示出为敏感地依赖于组分球状体的形状和它们相对于传播方向的对齐。
2005-08-09 physics.optics
Broad Angle Negative Refraction in Lossless all Dielectric Multilayer Asymmetric Anisotropic Metamaterial
在这篇文章中，它已经从理论上证明了宽角负折射是可能的，与非对称各向异性的超材料构造仅由无损耗或无损耗的半导体在电信和相对波长范围。自然界的单轴材料虽然可以呈现负折射，但最大负折射角和临界入射角的范围很窄。我们提出的结构可以克服这个值得注意的问题。在我们的结构中，负折射源于高度非对称的椭圆等频。这是由旋转的多层亚波长电介质/半导体堆叠人工产生的，它充当有效的非对称各向异性超材料。这种负折射是在不使用任何负介电常数材料（如金属）的情况下实现的。由于我们使用的是简单的超材料，因此这种结构的制造将比金属基超材料的制造简单。我们提出的想法已经得到了验证，也通过考虑有效介质方法和现实结构模型的全波模拟。这种器件在光子学和光电子学中有重要的应用。
2015-05-26 physics.optics
Chiral Optical Tamm States at the Interface between a Cholesteric and an All-Dielectric Polarization-Preserving Anisotropic Mirror
手征光学Tamm态是光在保偏各向异性镜和光学手征介质（如胆甾相液晶）之间的界面处的一种新的局域态。在这项研究中，无金属保偏镜用于有效的谐振控制。强调了全介质结构在获得高Q值方面的优势。光在界面附近局部化，并且场随着离界面的距离呈指数衰减。场到手性介质中的穿透在对应于光子带隙的波长处并且接近螺旋的节距处几乎被阻挡。保偏镜还具有另一个光子带隙。我们的分析与精确计算非常吻合，可实现激光和传感应用的智能设计。
2018-08-19 physics.optics
Indistinguishablity from dephased emitters using combined plasmonic-dielectric cavities
Technical University Berlin（柏林工业大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；University of Bristol（布里斯托大学）
本文提出一种混合聚焦架构，利用等离子体纳米共振器和外介电腔实现去相位发射体的不可区分光子生成，通过降低腔体质量因子要求并提高光子收集效率。
2026-04-21 physics.optics quant-ph
Tunable anisotropic perfect absorption in hyperbolic metamaterials based on black phosphorous/dielectric multilayer structures
黑磷（BP）是一种具有优异光学性能的二维材料，是多层双曲型超材料的理想组成部分。在这项工作中，我们设计了一个多层结构，由BP/电介质层堆叠的单位细胞图案上的金镜，并从理论上证明了可调谐的各向异性吸收在红外制度。相邻晶胞之间的电偶极共振驱动该结构处于临界耦合状态，并且该结构的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，显示出对于一个偏振方向的完美吸收，而对于另一个偏振方向的阻抗失配导致在相同波长处仅为8.2 $\%$吸收。该结构的各向异性吸收响应可以归因于BP的固有各向异性，其表现出对入射角的依赖性很小。此外，我们研究了电子掺杂的BP和几何参数的建议结构的可调谐光吸收。这些结果表明BP在构建多层双曲型超材料方面具有巨大的潜力，并为设计在红外区域具有可调谐光谱和偏振选择性的各向异性元器件开辟了途径。
2019-11-04 physics.optics
Nonlinear anisotropic dielectric metasurfaces for ultrafast nanophotonics
我们报告了各向异性纳米块非晶硅颗粒的宽带瞬态光学响应，表现出米氏型共振。一个定量模型的开发，以确定和解开的三个物理过程，管理的超快变化的nanobrick的光学性能，即双光子吸收，自由载流子弛豫，晶格加热。我们揭示了一组操作窗口，其中超快的全光调制的传输实现与完全归零在20 ps。这是可能的，由于竞争的非线性过程之间的相互作用，尽管缓慢（纳秒）的内部晶格动力学。所观察到的超快开关行为可以独立地设计为两个或正交偏振使用纳米块的大各向异性，从而允许超快各向异性控制。我们的研究结果明确确定了全介电共振纳米光子学作为超快光学器件平台的潜力，并揭示了超快偏振复用显示器和偏振旋转器的可能性。
2017-06-02 physics.optics
Generalized 4 $\times$ 4 Matrix Formalism for Light Propagation in Anisotropic Stratified Media: Study of Surface Phonon Polaritons in Polar Dielectric Heterostructures
本文提出了一种广义的4 $\times$ 4矩阵形式来描述光在双折射分层介质中的传播。与以前的工作相比，我们的算法能够处理任意各向异性或各向同性，吸收或非吸收材料，是免费的不连续的解决方案。我们计算的反射和透射系数，并推导出方程的电场分布的任何数量的层。该算法是容易理解的，并且可以直接在计算机程序中实现。为了证明该方法的能力，我们计算的反射率，电场分布，和色散曲线的表面声子极化激元激发在奥托几何选定的模型系统，在那里我们观察到几个不同的现象，从临界耦合模式分裂，和表面声子极化激元在双曲介质。
2017-07-03 physics.optics
Electromagnetic confinement via spin-orbit interaction in anisotropic dielectrics
我们研究电磁波在单轴晶体中的传播，其中光轴的方向横向变化，后者与传播方向处处正交。在这样的几何结构中，场不经历折射率梯度，但它获得了横向调制的潘查拉特南-贝里相位，即源自自旋-轨道相互作用的几何相位。我们表明，几何相位与传播的周期性演变产生一个不变的有效潜力。在某些配置中，该几何相位可以提供横向限制和波导。对完整的麦克斯韦方程组的数值模拟的理论研究结果进行了测试和验证。我们的研究结果介绍和说明的作用，几何相位电磁传播的距离远远超过衍射长度，铺平了道路，一个全新的家庭导波和波导不依赖于折射率剪裁。
2017-03-06 physics.optics
Achieving Invisibility of Homogeneous Radially Anisotropic Cylinders by Effective Medium Theory
本文建立了全波电磁散射理论，研究了具有径向各向异性涂层的无限长圆柱体的电磁散射。我们表明，总的有效散射宽度可以显着减少通过适当的调整的介电各向异性的外壳，而它不是用于调谐的介电各向异性的核心的情况下。此外，当介电和磁各向异性都被调整时，我们可以使圆柱形物体不可见。在长波长范围内，我们发展了有效介质理论，得到了各向异性涂层圆柱的等效各向同性介电常数和等效各向同性磁导率，并且由全波理论得到的小涂层圆柱的不可见半径比可以很好地描述在有效介质理论范围内。
2009-05-11 physics.optics
Q-factor and absorption enhancement for plasmonic anisotropic nanoparticles
我们研究了各向异性金属-电介质核壳纳米粒子的散射和吸收特性。结果表明，径向各向异性介质层可以加速局域共振表面模的倏逝衰减，导致Q因子和吸收率的提高。此外，吸收截面可以被最大化以达到单共振吸收极限。我们进一步表明，这样的人工各向异性包覆材料可以实现各向同性层状结构，这可能会激发许多应用的基础上散射和吸收的等离子体纳米粒子。
2016-06-15 physics.optics
Achieving Anisotropy in Metamaterials made of Dielectric Cylindrical Rods
我们证明了在纯介质棒型超材料中，通过将正方形晶格的对称性转变为矩形晶格的对称性，即通过破坏有效均匀介质的旋转对称性，可以获得各向异性的负有效色散关系。理论预测和结论得到了数值计算和计算机模拟的验证。提出的各向异性超材料，用于构建一个重聚焦平板透镜和亚衍射超透镜。全电介质的起源使得解决损耗和缩放这两个金属结构的主要问题变得更加简单，从而促进了太赫兹和光学范围内的未来应用。
2010-06-03 physics.optics
Luminescence on the horseshoe nanolaser
我们考虑了以纳米尺寸马蹄铁形式排列在有源电介质表面的层中的一组有序开口环银谐振器。马蹄形谐振腔的尺寸远小于入射光的波长。等离子体纳米谐振器从活性介质中获取能量，可以作为纳米激光器工作。我们表明，纳米激光泵浦应被视为一个随机的外力，因为在活性介质中的光子吸收的非相干量子力学过程。浸没在活性介质中的等离子体激元纳米谐振器的操作是对随机力作用的响应。找到了发光线，并预测了当活性介质反转增加到阈值时发光线向激光光谱的演化。通过改变马蹄铁的尺寸和形状，可以方便地调节马蹄铁的共振行为。结果与全量子力学模拟进行了比较。
2013-01-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dielectric tuning and coupling of whispering gallery modes using an anisotropic prism
光学回音壁模式（WGM）谐振器是一种功能强大且用途广泛的工具，广泛应用于许多科学分支。然而，在包括频率转换、光通信和有效的光-物质耦合的许多应用中，期望对各个谐振的中心频率和线宽进行精细调谐。为此，我们提出了一个详细的理论分析，介电调谐的轴对称谐振器支持的WGM。利用Bethe-Schwinger方程，采用角谱场表示，研究了平面介质基片靠近高$Q$ WGM谐振腔时的谐振位移和模式展宽。特别关注使用具有任意对准的光轴的单轴衬底。竞争的红色和蓝色的共振位移（$\sim 30$ MHz），分别来自产生的近场材料的极化和从辐射连续的反作用，被发现。异常的共振位移，因此可以观察到依赖于衬底材料，而模式展宽的数量级$\sim 50$ MHz也可以简单地实现。此外，当谐振腔和衬底具有相同的组成并且它们的光轴被正确地选择时，可以实现消光比为$> 10^4$的偏振选择耦合。讨论了双折射和出射耦合光束的性质。
2016-07-18 physics.optics
Depolarization volume and correlation length in the homogenization of anisotropic dielectric composites
在无规颗粒复合材料的均匀化的常规方法中，组分相颗粒的分布和尺寸常常被不充分地考虑。通常，空间分布的特征在于单独的体积分数，而每个组分粒子的电磁响应表示为一个消失的小去极化体积。强介电常数波动理论（SPFT）提供了一种替代的方法来均匀化，其中的组件相位的分布统计的全面描述是容纳。双局部近似SPFT在这里提出的各向异性均质复合材料，它产生的组成相包括椭球形颗粒。分量相位的分布由两点关联函数及其关联长度表征。每个组分相粒子被表示为非零体积的椭圆形去极化区域。通过典型的数值算例，研究了退偏体积和关联长度的影响。结果表明，在估计宏观场的相干散射损失时，分量相位粒子的空间范围及其空间分布都是重要的因素。
2005-09-07 physics.optics
Pushing the Limit of High-Q Mode of a Single Subwavelength Dielectric Nanocavity
高折射率介电纳米结构支持不同类型的谐振模式。然而，由于开放系统的非厄米特性，在单个亚波长介质纳米谐振器中实现高Q因子是非常具有挑战性的。在这里，我们提出了一个通用的方法，找到了一系列的高Q值谐振模在一个单一的非球形介质纳米腔中探索准束缚态的连续。与传统方法依赖于大量的计算（即，通过FDTD进行频率扫描）不同，我们的方法建立在漏模工程的基础上，通过构造漏模对的本征值的避免交叉（或交叉），可以容易地获得许多高Q模式。对于正方形亚波长纳米线（NW）（n = 4），Q因子可以高达2.3 * 10^4，这是迄今为止在单个亚波长纳米盘中报道的最高Q因子（Q = 360）的64倍。这种高Q模式可以归因于在相应的本征通道中的抑制辐射，同时在动量空间中猝灭电（磁）。作为一个概念的证明，我们实验证明了出现的高Q值谐振模式（Q = 380）在一个单一的硅亚波长纳米线的散射光谱。
2019-09-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Sub-diffraction light propagation in fibers with anisotropic dielectric cores
我们提出了一个详细的研究，光在波导中的各向异性超材料的核心。我们证明，在传统的光纤相比，我们的结构支持自由空间的传播模式，即使当波导半径远小于波长。我们开发的分析形式主义来描述模式的结构和传播在强各向异性系统和波导边界和材料成分相关的影响进行了研究。
2006-05-04 physics.gen-ph physics.optics
Bulk ReSe2: record high refractive index and biaxially anisotropic material for all-dielectric nanophotonics
我们发现，散装的二硒化铼，ReSe 2的特点是记录高值的折射率超过5在近红外频率范围内。我们使用后焦平面反射光谱提取ReSe2介电常数张量的组成部分，并揭示其极端的双轴各向异性。我们还证明了实验数据和密度泛函理论的预测之间的良好协议。ReSe2的大折射率和巨大的光学各向异性的组合使得ReSe2成为近红外频率范围内全介电纳米光子学的前景材料。
2023-01-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dynamically controllable, homogeneous, anisotropic metamaterials with simultaneous attenuation and amplification
经典电磁理论允许在特定频率下既不完全耗散也不完全活跃的各向异性均匀超材料。完善的均匀化形式主义表明，这种超材料可以很简单地实现为至少两种不同的各向同性介电材料的电小（可能是纳米级）球状颗粒的随机混合物，其中一种必须是耗散的，但另一种是有源的。这种超材料的介电性能受组成材料的体积分数、空间分布、颗粒形状和尺寸以及相对介电系数的影响。具有更复杂的线性和非线性本构特性的类似超材料是可能的。例如通过受激拉曼散射对活性组分材料的动态控制提供了对超材料的动态控制。
2015-10-30 physics.optics
Enhancement of non-resonant dielectric cloaks using anisotropic composites
隐形技术通过控制电磁波的流动来最小化散射来隐藏物体。本文研究了均匀化各向异性材料在非谐振介质多层隐身中的有效性。由于现有的各向同性材料多层隐身从宏观上可以看作是均匀的各向异性隐身，各向异性材料可以通过优化其物理性能来有效地设计。如果材料的物理性质在适当的范围内，则可以在两相复合材料中实现各向异性性质。优化的各向异性的物理性能确定的数值优化技术的基础上，使用有限元法的全波模拟。与各向同性材料的多层隐身相比，八层和三层圆柱形隐身材料的总散射宽度测量的隐身性能分别提高了约2.8%和25%。在所有隐身实例中，两相复合材料的优化微观结构被确定为两种材料的简单层压，其最大化各向异性。使用各向异性材料的三层隐身可以实现与公布的各向同性材料的八层隐身相同的性能。即使在八边形物体中，也能实现总散射宽度减小约50%的隐身。由于可以使用仅几层的层压各向异性介电复合材料来实现隐身效果，因此这在隐身装置的大规模生产中可能具有优势。
2013-07-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ghost Waves in Anisotropic Materials: negative refractive index and evanescent field enhancement in lossless media
我们表明，具有强光学各向异性的透明介质支持一类新的电磁波，它结合了传播场和倏逝场的性质。这些“鬼波”是在切线分叉中产生的，它“湮灭”了正负折射率模式对，代表了不可积动力系统的量子理论中“鬼轨道”的光学模拟。类似于规则的倏逝场，鬼波支持高的横向波数，但除了指数衰减显示在传播方向上的振荡行为。鬼波可以与入射的倏逝波共振耦合，然后通过各向异性介质以指数方式增长-就像负折射率材料的情况一样。由于鬼波由透明电介质支持，因此它们没有传统负折射率复合材料固有的材料损耗“诅咒”。
2017-04-21 physics.optics
Qubit Lattice Algorithm Simulations of Maxwell's Equations for Scattering from Anisotropic Dielectric Objects
戴森映射明确地确定了电磁场的适当基，该基产生非均匀介质中麦克斯韦方程组的酉表示。一个量子比特晶格算法（QLA），然后开发微扰解决这个表示的麦克斯韦方程组。QLA由一个交错的幺正序列的碰撞算子（纠缠在格点量子比特上）和流算子（在整个晶格中移动这种纠缠）组成。引入外部势算子来处理折射率的梯度，这些算子通常是非酉的，但稀疏的矩阵。还通过将外部势算子与酉碰撞流算子交错，实现了将能量保持到高精度的QLA。给出了一维脉冲在局域各向异性介质目标上散射的二维数值模拟结果。
2023-01-31 physics.optics physics.plasm-ph
Polarized bound state in the continuum and resonances with tunable Q-factor in an anisotropic photonic crystal
我们考虑由各向同性和各向异性介质材料交替层组成的一维光子晶体。这种系统对于不同偏振的光具有不同的能带结构。我们证明，如果各向异性缺陷层插入到结构中，晶体可以支持在连续光学束缚态。通过使缺陷层的主介电轴相对于光子晶体的主介电轴倾斜，我们观察到透射光谱中的长寿命共振。我们推导出一个解析表达式的共振衰减率，同意以及由Berreman各向异性传输矩阵方法的数值数据。提出了一种通过外加电场来调节液晶缺陷层谐振的Q因子的实验装置。我们推测，该装置提供了一个简单而强大的平台，观察光学束缚态的连续共振的形式与可调Q因子。
2017-10-18 physics.optics
Confining light in all-dielectric anisotropic metamaterial particles for nano-scale nonlinear optics
高折射率介质可以将光限制在纳米尺度，从而增强非线性响应。然而，在这些介质中增加的动量会恶化不同谐波之间的重叠，这在缺乏动量匹配的情况下阻碍了波长级谐振器中的有效非线性相互作用。在这里，我们提出了一种替代方法，在各向异性粒子的光限制。各向异性介质中的额外自由度允许我们独立地控制中心附近的倏逝波和远离中心的径向动量。这可以导致强的光限制以及不同谐波之间的优异的场重叠，这对于非线性波长转换是理想的。控制倏逝场也有助于超越各向同性介质天线对辐射带宽的限制。这可以改善光耦合到这些颗粒中，这对于纳米尺度的非线性光学至关重要。我们估计的二次谐波产生效率，以及光学参量振荡阈值在这些粒子中显示这些粒子的强非线性响应，即使远离中心的共振。我们的方法是有前途的实验实现，并可用于许多应用，如大规模并行传感和计算。
2021-02-25 physics.app-ph physics.optics
Perturbation theory for anisotropic dielectric interfaces, and application to sub-pixel smoothing of discretized numerical methods
我们推导出一个正确的一阶微扰理论在电磁的情况下，两个各向异性的介电材料之间的界面是轻微移动。大多数以前的微扰方法给出不正确的结果，这种情况下，甚至最低阶，因为复杂的不连续边界条件的电场在这样的界面。我们的最终表达式是简单的表面积分，在材料界面上，来自未扰动结构的连续场分量。推导是基于一个“本地化”的坐标变换技术，它避免了场不连续性的问题，并采取一个限制，其中一个坐标扰动是无穷小本地化的边界周围的构造一个显式的坐标变换的挑战。不仅是我们的结果可能有用的边界扰动，例如，从制造缺陷，在高度各向异性介质，如许多超材料，但它也有一个直接的应用在数值电磁学。特别是，我们展示了它如何导致一个亚像素平滑方案，以改善各向异性介质的离散化模拟中的阶梯效应，以这样一种方式，以大大减少数值误差相比，其他建议的平滑方案。
2007-08-07 physics.comp-ph physics.optics
Anisotropic Metamaterials Emulated by Tapered Waveguides: Application to Optical Cloaking
我们证明，需要各向异性介电常数和磁导率的超材料设备可以通过专门设计的锥形波导来仿真。这种方法可实现低损耗、宽带性能。基于这种技术，我们展示了在可见光频率范围内的宽带电磁隐身，其尺度比波长大100倍。
2009-04-01 physics.optics
Spontaneous emission in anisotropic dielectrics
原子的发射性质是量子理论和光-物质相互作用的基础。在宏观介质的背景下，准确的知识，其是重要的，无论是在当前的量子技术，以及在基础研究。而对于各向同性介质，这是一个研究得很好的问题，各向异性介质的理论还存在很大的空白。特别是，据我们所知，一般各向异性介质中的自发发射率的显式表达式尚未提出。本文首先导出了计算单轴介质中辐射率的量子化电磁场算符。对于双轴介质的更一般的情况下，我们提出了一个近似的表达单轴介质的极限情况之间的插值。我们支持我们的模型与数值模拟，这是在典型的介质配置的强烈协议，并进一步显示如何本地场效应可以考虑在模型中。
2020-07-22 physics.optics quant-ph
Vector magneto-optical magnetometer based on the resonant all-dielectric gratings with highly anisotropic iron-garnet films
高灵敏度、高空间分辨率的矢量磁测量在心磁图、脑磁图、爆炸物探测等领域有着重要的应用。我们提出了一种磁力计的基础上具有非常高的磁各向异性的磁性铁石榴石薄膜，放置在旋转的外部磁场。每个测量的磁场空间分量在面外磁化依赖性中产生不同的时间谐波。放置在薄膜顶部的介电共振光栅将磁光响应增强了10倍，这使得在垂直于薄膜方向上实现10倍的空间分辨率成为可能。磁光磁强计允许一个同时测量所有三个空间分量的磁场与高空间分辨率和灵敏度高达100 pT/Hz $^{1/2}$。
2020-09-05 physics.app-ph physics.optics
Control of the surface plasmon dispersion and Purcell effect at the metamaterial-dielectric interface
研究了在金属-介质结构中使用超材料作为减轻金属吸收对Purcell效应的负面影响的方法。层状金属-介质结构在长波长范围内被视为各向异性介质。出现在这样的结构和不同的介电材料之间的边界处的表面等离子体激元的色散，以及在局部态密度的峰值的位置进行了研究的各种组合的材料和填充因子的周期性结构。Purcell因子的计算频率依赖性表明，与传统的等离子体结构相比，峰值增加。
2020-03-13 physics.optics
Stopping light by an air waveguide with anisotropic metamaterial cladding
本文详细研究了具有空气芯和各向异性超材料包层的平板波导中的振荡模式。结果表明，在特定的介质结构下，这种空气波导可以支持慢波甚至停止的电磁波。我们提出了一个线性抽头波导结构，可以导致传播光完全停止。基于时域有限差分法的全波仿真结果验证了理论分析和所提出的波导。
2009-01-07 physics.optics
Perturbation theory for Maxwell's equations in anisotropic materials with shifting boundaries
微扰理论是一种基于泰勒展开定理的估计方法，适用于研究微小变化的电磁场解。通过考虑作为平滑系统的限制的尖锐的边界，以前的研究已经解决了这个问题时，应用标准微扰理论的麦克斯韦方程组的小位移在各向同性介电界面。然而，当处理各向异性材料时，进行近似并导致不令人满意的误差。在这里，我们发展了一个修改后的微扰理论，在各向异性介电界面的小位移。通过对介电常数各分量采用优化的平滑函数，得到了一种计算各向异性介电常数场在边界移动时固有频率移动的方法，无需近似。该方法在计算强各向异性介质本征频率偏移时具有较好的精度，可广泛应用于各向异性介质界面的微小偏移。
2020-11-26 physics.comp-ph physics.optics
Mueller matrices for anisotropic metamaterials generated using 4x4 matrix formalism
研究了相对磁导率张量为μ \neq 1的材料的Mueller矩阵分量的正演模型。本文采用4 × 4矩阵形式给出了具有任意晶体对称性和任意实验取向的介电-磁性材料的复反射系数和介电常数的一般解。对于具有可同时对角化的ε和μ张量（主轴重合）的材料的某些取向，Berreman方程的解析解是可用的。对于这些材料的单层薄膜结构，推导了正交或更高晶体对称性的复反射和透射系数的解析公式。分离的磁性和介电贡献的材料的光学性质证明使用测量的MM在不同的入射角。
2010-06-04 physics.optics
Sub-wavelength diffraction-free imaging with low-loss metal-dielectric multilayers
数值模拟了亚波长尺寸的光束通过金属-介质多层膜构成的简单元件的无衍射传输。所提出的超材料由银和高折射率电介质组成，并使用有效介质理论设计为强各向异性和与空气阻抗匹配。进一步用传输矩阵法进行了表征，并用时域有限差分法进行了研究。通过分析点扩展函数的半高宽随周期数的变化，验证了无衍射的特性。小反射、小衰减和减少的法布里-珀罗共振使其成为一种灵活的无衍射材料，可用于尺寸为一个波长量级的任意形状的光学平面元件。
2010-02-03 physics.optics
Experimental observation of Berreman modes in uniaxial anisotropic nanoporous alumina film on aluminium substrate
在这篇文章中，我们证明了实验和验证数值的激发Berreman模式中传播的单轴各向异性纳米多孔氧化铝生长在铝基板上的介电膜。它是一种空气-电介质-金属非对称极化激元系统，其有效介电常数的实部具有接近零的值。这些模式在低于近零波长区域的λ的波长处被激发。对于中红外p-偏振光观察到最小反射，而对于s-偏振光观察到最大反射。数值模拟了p-和s-偏振光的实验结果，证实了系统中Berreman模的激发。在激发波长处，场被限制在空气-电介质界面附近的电介质区域中。报道的系统是简单的，可以很容易地在大规模上制造，并在各种中红外应用，如热管理系统，传感器，被动辐射冷却设备，非线性应用和太赫兹频率产生是有帮助的。
2022-01-27 physics.app-ph physics.optics
Planar narrow-band-pass filter based on Si resonant metasurface
光学谐振介电超颖表面提供了独特的能力，可以基于不同的电磁Mie多极共振的激发和干涉来完全控制光的波前、偏振、强度或光谱内容。近年来，随着纳米材料和纳米技术的广泛应用，高质量的功能光学超颖表面的研究领域出现了一股热潮，这种超颖表面可以替代甚至超越传统的超薄光学元件。超颖表面技术取代传统的光学滤波元件具有集成成本低、结构超薄紧凑、易于多功能组合和对材料限制少等显著优点。在这里，我们提出并实验证明了一个平面窄带通滤波器的基础上组成的硅纳米谐振器阵列的光学介质元表面。通过将相邻的电偶极共振和磁偶极共振相结合，实现了宽带透射谱谷（约200 nm）。同时，我们通过激发高质量的漏模来获得窄带透射峰，该漏模是由超颖表面中的集体纵向磁偶极共振产生的连续谱中的束缚态部分断裂而形成的。我们提出的基于超颖表面的滤波器对于小角度（10度以内）的斜光入射表现出稳定的性能。我们的工作暗示了纳米光子器件在显示、光谱等方面的潜在应用。
2021-01-05 physics.optics
Anapole states and scattering deflection effects in anisotropic van der Waals nanoparticles
过渡金属二硫属化合物（TMDC）属于范德华材料，是一种很有前途的光电子和光子学材料。特别是，他们的巨大的光学各向异性，可以使重要的光学效果时，在纳米结构中采用有限的厚度。在本文中，我们从理论上和数值计算研究从各向异性的二硫化钼纳米圆柱体的光散射行为，并突出其独特的功能，优于传统的硅颗粒的响应相同的形状。我们建立了两个显着的现象，出现在相同的二硫化钼粒子与优化的几何形状。第一种是与电偶极回复态激发有关的纯磁偶极散射。以前只报道了核壳混合（金属/电介质）系统，现在在全电介质颗粒中证明了这一点。第二种现象是在远场的超偏转：最大散射可能发生在很宽的方向范围内，包括前向，后向和侧向散射取决于MoS 2纳米柱和入射波的相互取向。与众所周知的Kerker和anti-Kerker效应（出现在不同频率的纳米粒子中）相反，超偏转可以通过以恒定频率的入射光旋转粒子来实现。我们的研究结果促进了功能光学器件的发展，将纳米结构的各向异性TMDC，并可能鼓励进一步研究基于高度各向异性材料的超光学。
2022-03-25 physics.optics
