Unidirectional and Wavelength Selective Photonic Sphere-Array Nanoantennas
我们设计了一个光子球阵列纳米天线（NA），表现出强方向性和波长选择性。虽然光子NA的几何配置类似于等离子体Yagi-Uda NA，但它具有不同的工作原理，最重要的是，减少了等离子体元件的固有金属损耗。对于任何选定的光波长，反射器的尖锐Fano共振是可调谐的，以与球链指向矢的较宽偶极共振在光谱上重叠，从而导致高方向性。这项工作为定向和选择性的光子NA提供了设计原则，这对于光子探测和自发发射操纵特别有用。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Multipolar origin of bound states in the continuum
基于共振亚波长光子结构的超表面实现了波前控制和光聚焦的新方法，支撑了新一代平面光学器件。最近出现的全介电超颖表面表现出高质量的共振，其基础是连续体中束缚态的物理学，这推动了光子学中许多有趣的概念。在这里，我们提出了一种新的方法来解释嵌入到辐射连续的束缚光子态的物理。我们研究了由Mie共振纳米粒子（“元原子”）的平面周期阵列组成的介电超颖表面，该超颖表面支持连续介质中的对称保护态和偶然束缚态，并采用多极分解方法揭示了孤立元原子产生的多极模式形成这种非辐射态的物理机制。基于矢量球谐函数的对称性，我们确定了在源于晶格和晶胞的对称性的连续介质中存在束缚态的条件。使用这种形式主义，我们预测，具有强烈抑制的空间色散的超颖表面可以支持在连续的束缚态与波矢形成一条线在倒易空间。我们的结果提供了一种新的方式来设计高品质的共振光子系统的基础上的物理束缚态在连续。
2019-04-20 physics.optics
Dichroism of coupled multipolar plasmonic modes in twisted triskelion stacks
本研究通过实验和模拟，系统探究了扭曲堆叠金三叶草纳米结构中的多极等离激元模式，发现其圆二向色性可通过扭曲角调控，并在15度时达到最大，且揭示了模式演化及阵列中的杂化效应。
2025-01-24 physics.optics
Spectral theory of electromagnetic scattering by a coated sphere
在本文中，我们介绍了一种替代的表示电磁场散射的均匀球覆盖均匀厚度的均匀层。具体来说，我们扩大了散射场使用一组模式，是独立的涂层的介电常数，而膨胀系数是简单的有理函数的介电常数。我们开发的理论代表了一个框架，用于分析等离子体和光子模式和一个简单的方法来设计涂层的介电常数，以追求规定的定制的散射场。为了说明这种方法的实际意义，我们设计的涂层的介电常数为零的背散射或规定的多极阶的散射场，并最大限度地提高电场组件在一个给定的空间点。
2017-02-15 physics.optics
Light trapping above the light cone in one-dimensional array of dielectric spheres
我们证明了束缚态的第一TE和TM衍射连续（BSC）在空气中的光锥上方的电介质球的线性周期阵列。我们根据方位角数$m$、沿阵列定向的布洛赫波矢量$β$和偏振指定的对称性对BSC进行分类。最简单的对称保护TE和TM极化BSC具有$m=0$和$β=0$，并且出现在球半径和介电常数的宽范围内。具有$m\neq 0$和$β=0$的更复杂的BSC仅存在于固定介电常数的选定半径的球体。我们还发现了强大的布洛赫BSC与$β\neq 0, m=0$。我们还提出了嵌入到两个和三个衍射连续的BSC。我们表明，BSC可以很容易地检测到的崩溃的Fano共振散射的电磁平面波的阵列。
2015-08-19 physics.optics
Dynamics of optically directed assembly and disassembly of plasmonic nanoplatelet arrays
基于纳米颗粒的光学物质的研究只考虑了球形成分。然而，具有其他形状的纳米颗粒预计具有不同的局部电磁场分布，因此与光学物质阵列中的邻居相互作用。因此，人们会期望它们的动态也不同。我们研究了有序阵列的等离子体纳米片在光学线阱中的定向组装，通过全息光束整形改变相位梯度来展示阵列的可重构性。与等离子体纳米球相比，纳米片上较弱的梯度力和由此产生的较慢的运动允许精确研究它们的组装和分解动力学。在间隔数百纳米到几微米的颗粒之间检测到时间和空间相关性。电动力学模拟揭示了多极等离子体激元模式，诱导短距离（近场）和较长范围的电动相互作用的存在。这些相互作用导致了强相关性和观察到的非均匀动力学。我们的发现展示了通过利用多极等离子体模式之间的干涉来产生复杂的可寻址光学物质的新机会，并创造了新的有源光学技术。
2018-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.optics
Super-Resolution Imaging by Arrays of High-Index Spheres Embedded in Transparent Matrices
我们制备了聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜与嵌入高折射率（n~1.9-2.2）微球的超分辨率成像应用。为了控制微球的位置，可以沿着待成像的纳米等离子体结构的表面平移这样的膜。通过这些基质的微球辅助成像在具有照明波长λ=405 nm的纳米等离子体二聚体阵列中提供了~λ/7的横向分辨率。这种薄膜可用作接触式光学元件，以提高传统显微镜的分辨率能力。
2014-12-05 physics.optics
Photonic band structures of periodic arrays of pores in a metallic host: tight-binding beyond the quasistatic approximation
我们已经计算了光子能带结构的金属反蛋白石和周期性线性链的球形孔在金属主机，低于等离子体频率$ω_{\text{p}}$。在这两种情况下，我们使用紧束缚近似，假设Drude介电函数的金属成分，但没有准静态近似。紧束缚模式是单腔横磁（TM）模式的线性组合。对于反蛋白石结构，最低模式是类似于那些从fcc晶体中的三个简并原子p-态构造。对于线性链，在与波长相比的小球的极限中，结果是绝缘主体中的金属球的色散关系的“逆”，如由Brongersma \textit{et al.} [Phys.\修订版本\ B \textbf{62}，R16356（2000）]。由于这些模式的电磁场在金属中呈指数衰减，因此与空气中的金属球阵列的情况相比，没有辐射损失。我们认为，这种紧束缚的方法来光子能带结构的金属逆材料可能是一个有用的方法，研究光子晶体含有金属成分，甚至超越准静态近似。
2011-11-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical response induced by bound states in the continuum in arrays of dielectric spheres
本文研究了介质球阵列中连续介质束缚态引起的光学响应。将准模展开技术与耦合模理论（CMT）相结合，提出了动量空间中BIC周围高Q共振的光学响应理论。中心结果是CMT参数的解析表达式，它可以很容易地从散射系统的相互作用矩阵的本征频率和本征向量计算。所得到的结果进行了验证，与精确的数值解的比较，证明CMT近似是能够再现Fano功能的光谱附近的BIC。基于准模展开技术，我们导出了CMT参数在$Γ$点附近的渐近标度律。它是严格证明了CMT近似的线宽表现出不同的渐近行为取决于BIC的对称性。
2018-05-21 physics.optics
Inverse design of optical elements based on arrays of dielectric spheres
波长尺度散射体阵列是设计具有紧凑基底面的光学元件的有前途的平台。该系统中的大量自由度允许独特和丰富的功能。然而，许多变量也产生了复杂的设计问题。虽然直观的正向设计方法适用于简单的光学元件，但它们通常无法产生复杂的元件，特别是涉及多个元件的元件。我们提出了一个逆设计方法的大型阵列的波长尺度球的基础上伴随优化或灵敏度分析和广义多球米氏理论作为一个解决方案的设计问题。我们验证我们的方法，通过设计两套光学元件上的亚波长和超波长周期性网格的散射体。这两套包括一个单透镜和一个双透镜，分别为1550 nm设计了一层和两层球体。对于亚波长（超波长）周期结构，设计的NA为~0.33（~0.5）。我们发现，在亚波长周期性条件下，单透镜和双透镜产生的焦斑半高宽比相同几何参数的理想透镜产生的焦斑半高宽小。最后，我们模拟了一个现实的实验场景中的双重球体放置在具有相同的折射率的基板上。我们发现性能相似，但在焦斑处具有较低的强度和较大的光斑尺寸。这里描述的方法将简化复杂的多功能光学元件和/或基于散射体阵列的体积光学器件的设计过程，基于指定的品质因数。
2018-06-16 physics.optics
Linear Arrays of Metal-Coated Microspheres: a Polarization-Sensitive Hybrid Colloidal Plasmonic-Photonic Crystal
National Institute for Research and Development of Isotopic and Molecular Technologies INCDTIM（同位素和分子技术研究与发展国家研究所）；Institute for Interdisciplinary Research in Bio-Nano-Sciences, Babes-Bolyai University（巴比什-博尧伊大学生物纳米科学跨学科研究所）
研究线性排列的金属涂层微球阵列的光学性质，揭示其极化敏感的等离子体-光子混合模式及表面增强拉曼散射效应，为光子学和表面增强拉曼光谱应用提供新思路。
2026-03-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Collective plasmonic modes of metal nano-particles in two-dimensional periodic regular arrays
我们研究了点偶极描述下周期性二维（2D）阵列中金属纳米粒子的集体等离子体激元模式。作为一个开放的系统，二维阵列的全动态色散关系，通过一个有效的方法，给出了一个有效的极化率描述系统的集体响应。色散关系和模式质量同时与有效极化率的虚部有关，这既有单粒子响应的贡献，也有粒子间耦合的贡献。横向长程偶极相互作用主要由波项连同表示对共振频率的静态几何贡献的纯几何常数来控制。作为具体的例子，我们认为小银球排列在一个正方形的晶格。我们发现，在光锥内，横向准模具有相当高的模式质量，而两个面内模式显示出显着的辐射阻尼。在光线附近，我们观察到横向模和横向面内模的带与自由光子的强耦合，并且纵向面内模在光锥内表现出负的群速度。所有准模在光锥中的消失群速度被发现是二维金属纳米球密集阵列的本征性质。
2008-01-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Integrated lithography to produce complex structures for spectral engineering
提出了一种集成干涉和胶体球光刻技术（IICL），用于制作复杂的等离子体结构，该结构由具有任意阵列对称性的纳米物体的波长尺度周期阵列和可控的纳米尺度子结构组成。IICL方法是基于照明的胶体球单层的干涉图案与球阵列沿任意晶体学方向同步。这种纳米万花筒方法能够独立地调节四个结构参数：干涉图案的对称性和特征周期性可以通过干涉光束的波长、数目和入射角来改变;纳米物体之间的胶体球的直径尺度距离可以通过干涉图案相对于胶体球的六边形晶格的相对取向来控制;单个纳米物体的尺寸由胶体球直径和光波长决定，并受功率密度的影响;子结构尺寸参数敏感地取决于偏振状态，并可同时与纳米物体尺寸一起调节。有限元方法被应用于演示IICL的能力，以及由此产生的复杂的等离子体模式对薄金膜的光谱特性的影响。实现光谱工程的可能性与预先设计的矩形阵列的孔偶极子，可以产生独特的IICL示出。
2012-01-19 physics.optics
Resolution Analysis of Films with Embedded Spheres for Imaging of Nanoplasmonic Arrays
随着2011年微球辅助显微镜的出现，这种技术成为获得光学超分辨率的简单而容易的方法。虽然微球成像的可能机制在文献中有争议，但大多数实验研究都建立了远远超过衍射极限的分辨率值。然而，应该注意的是，在这个领域没有标准的分辨率测量方法可供研究人员使用。报告的分离度基于最小的可辨别特征;虽然它看起来合乎逻辑，但它不是基于标准教科书定义，到目前为止，它已经结束了基于定性标准的广泛的分离度报告，这可能导致夸大的分离度值。此外，该方法具有与其有限的视场相关的另一限制。在本论文中，我们首先制备了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜和高折射率（n~2）钛酸钡玻璃（BTG）微球的新型超分辨成像光学元件。结果表明，这种薄膜可以沿着被调查的结构的表面平移，以提高视场。其次，我们介绍了一种图像处理的方法，该方法允许确定与传统衍射极限光学中的分辨率定义一致的超分辨率值。我们针对典型的微球辅助图像演示了这种方法，其中我们测量了~λ/5.5的超分辨率。我们还开发了这种技术来测量微柱辅助系统的分辨率。
2015-08-25 physics.optics
Designing Si sphere metagratings: From perfect reflection to large-angle diffraction
周期性的Si纳米球阵列的光学性质进行了彻底的理论研究，特别强调电和磁Mie共振之间的协同作用，这发生在高折射率的纳米粒子，并可以导致丰富的各种各样的现象，从完美的反射控制衍射。通过使用层多次散射方法的系统计算，我们适当地扩展，以描述每个单元格具有许多散射体的周期性阵列，结合有限元模拟，我们优化了Si纳米球的表面，有效地将透射光引导到单个一阶衍射光束中，遵循基于物理洞察力的简单设计规则。我们的研究结果提供了令人信服的证据表明，惠更斯的metasurfaces组成的简单的硅纳米球二聚体晶格构成了一个有前途的平台，在可见光的大角度单向偏转的透射光，在波长短于晶格的衍射边缘。
2019-11-18 physics.optics
Microspherical photonics: Giant resonant light forces, spectrally resolved optical manipulation, and coupled modes of microcavity arrays
本论文研究了介质微球的新型共振推进技术，其目标是对具有相同共振的微球进行分选，这对于发展微球光子学至关重要。首先，通过将锥形微光纤固定在机械坚固的平台中来开发渐逝场耦合器。锥形是通过化学蚀刻技术获得的。使用这些平台，WGM的模态数，耦合制度和品质因数确定为各种球，并与理论进行比较。其次，研究了WGM共振均匀性优于0.05%的球构成的光子分子的光谱特性。结果表明，不同空间构型的耦合腔在光纤传输谱中呈现出相对稳定的模式分裂图样，可以作为区分这种光子分子的光谱特征。第三部分是微球所受巨共振推进力的研究。在具有足够大直径的聚苯乙烯球的悬浮液中观察到这种效应。通过集成用于单个球体操作的光镊，精确地控制了每个球体中的可调谐激光器和WGM之间的波长失谐。在实验中直接证明了光学力的共振增强。光谱的形状，位置和所观察到的推进力峰值的幅度解释了共振条件下的光动量的有效转移到微球。共振力的峰值接近动量守恒的总吸收极限。研究了球在推进过程中的横向运动，证明了稳定径向陷阱的存在。巨大的共振推进力可用于大规模分选微球，具有非均匀的共振特性。
2015-09-03 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.optics
Plasmon-Emitter Interactions at the Nanoscale
等离子体激元-发射体相互作用在现代纳米等离子体激元学中是至关重要的，并且通常在短的发射体-表面分离处最大。然而，当间距低于10-20 nm时，经典理论逐渐恶化，因为它忽略了量子力学效应，如非局域性，电子溢出和朗道阻尼。在这里，我们展示了如何可以弥补这种忽视提出了一个统一的理论处理介观电动力学的框架上的Feibelman $d$参数接地。至关重要的是，我们的技术自然地结合了非经典共振位移和表面启用朗道阻尼-非局部阻尼效应-这对等离子体-发射极相互作用的振幅和光谱分布产生了巨大的影响。我们考虑了广泛的等离子体发射相互作用，从偶极和多极自发发射增强，等离子体辅助的能量转移和增强双光子跃迁。这里提出的形式主义给出了一个完整的帐户在纳米尺度上的等离子体激元和等离子体激元发射极相互作用，构成了一个简单而严格的和一般的平台，将非经典效应等离子体激元授权的纳米光子现象。
2019-04-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Generalized magnetic mirrors
我们提出了广义磁镜，可以通过激发唯一的电共振。传统的方法来获得磁镜在很大程度上依赖于激发的基本磁偶极子，而在这里，我们揭示，除了磁共振，电共振的高阶也可以用来获得高效的磁镜。基于电磁对偶性，还表明了电镜可以通过激发磁共振来实现。我们提供了一个简单的系统中提出的一维周期阵列的全介质线，这可能会带来新的光与共振多极激发和干涉光子学的许多先进领域的广义反射镜的直接演示。
2017-08-21 physics.app-ph physics.optics
Divergence of Dipole Sums and the Nature of Non-Lorentzian Exponentially Narrow Resonances in One-Dimensional Periodic Arrays of Nanospheres
讨论了纳米球线性链中非洛伦兹谱线的来源和性质。这些线显示为超指数窄，特征宽度与exp[-C（h/a）^3]成比例，其中C是数值常数，h是链中纳米球之间的间距，a是球半径。对这些谱线的精细结构也进行了研究。
2005-05-26 physics.optics
Resonant transmission of light in arrays of high-index dielectric nanoparticles
我们研究了数值，分析和实验的谐振传输光波导中形成的高折射率介电纳米粒子的周期性阵列与侧耦合谐振器。我们证明了具有足够高的Q因子的谐振器提供了允许控制光的谐振传输的Fano型干涉的条件。我们提出了一个实际的实现这种谐振效应的基础上的四极共振的电介质粒子和实验证明，在微波陶瓷球。
2015-08-10 physics.optics
Electric quadrupole and magnetic dipole coupling in plasmonic nanoparticle arrays
理论研究了电偶极矩沿晶格波传播方向的等离子体纳米粒子阵列中的集体共振。分析了金纳米粒子的电四极矩和磁偶极子矩在阵列共振特性中的作用。我们进行耦合多极方程的半解析计算和严格的数值模拟，通过改变颗粒的大小和形状（球体和磁盘）来改变电和磁多极的贡献。考虑了均匀和非均匀环境中的阵列。我们发现，即使是非常弱的非共振EQ和MD时刻的一个单一的粒子显着增强的周期性晶格集体（晶格）共振激发的波长。重要的是，我们表明，在无限阵列中，纳米粒子的EQ和MD矩耦合，并影响彼此的共振贡献。我们还表明，在晶格共振波长，增强的EQ和MD时刻的反射的贡献相当于偶极子的反射显着减少，并提供了满足广义Kerker条件的反射抑制。
2018-02-22 physics.optics
Optical response of a self-standing monolayer of dielectric spheres
本文分析了由低折射率介质球组成的周期性排列单层膜的光学响应。通过矢量Korringa-Kohn-Rostoker方法获得了二维正方形和三角形晶格的反射光谱，这两种光谱对于低于衍射点的光子能量表现出非常相似的定性特征。在这个能量区域中，相同数量的峰的单一振幅的反射光谱中预测的两种单层，这表明这必须是一个普遍的功能独立的特定几何形状的晶格。这些高反射率峰的起源进行了研究。结果发现，TM和TE模式的共振，由于偶极，四极和八极相互作用内的单分子膜在很大程度上是负责的反射光谱中观察到的峰结构。
2008-01-12 physics.class-ph physics.optics
Photonic Bound-States-in-the-Continuum Observed with an Electron Nanoprobe
连续介质中的束缚态（BIC）是一个波动力学概念，它产生的共振具有消失的光谱线宽。它在光学中有许多实际应用，如窄带滤波器、无反射镜激光和非线性谐波产生。由于真正的BIC光学模式是非辐射的并且局限于纳米结构的近场，因此它们不能使用传播光来激发。因此，他们的直接实验观察一直难以捉摸。而不是使用光，我们演示了探测BIC模式的硅纳米天线阵列使用聚焦电子束在透射电子显微镜。通过结合阴极发光（CL）和单色电子能量损失谱（EELS）与控制纳米纤维，我们提供了直接的实验证据的“真正的”BIC模式，并证明了BIC模式在可见光谱在720 nm。以比先前的远场测量高两个数量级以上的空间精度观察和量化这些引导共振的能力允许探测纳米天线阵列中的各个元件。高分辨率的实验结果得到了数值模拟和多极分解分析的支持，使我们能够证明准BIC共振的相干相互作用长度需要至少6个相邻的天线元件，实现比未图案化的硅高60倍以上的发射率。
2021-05-10 physics.optics
Circular dichroism in planar nonchiral plasmonic metamaterials
理论上表明，一个非手性的，二维阵列的金属球表现出旋光性表现在圆二色性的计算。金属球占据了一个矩形晶格的网站和非正常的入射，他们表现出很强的圆二色性的表面等离子体频率周围的效果。旋光性是晶格的矩形对称性的结果，其引起晶体沿着两个正交的原始晶格矢量的不同偏振模式。这两种偏振模式导致净极矢量，其与波矢量和垂直于球平面的矢量形成手征三元组。这种手性三元组的形成是观察到的圆二色性的原因，尽管结构本身本质上是非手性的。
2009-01-09 physics.class-ph physics.optics
Effective medium description of dense clusters of plasmonic nanoparticles with spatial dispersion
本研究针对致密等离激元纳米粒子团簇，通过T矩阵计算验证了考虑空间色散的三参数等效介质模型可精确复现其电磁场，揭示了人工磁性和纵模的关键作用，为超材料设计提供了高效计算方法。
2023-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
