Exploring the route from leaky Berreman modes to bound states in continuum
我们研究了通过薄金属层（金）的极性介质膜（SiO2）中的泄漏Berreman模式的耦合，并显示出熟悉的签名的正常模式分裂。由于金的介电函数具有非常大的负实部，因此分裂仅在极薄的耦合层中出现。与此相反，通过介电间隔层的Berreman模式的耦合揭示了新的可能性，在连续的束缚态，虽然在极限的消失损失。结果表明，对称模和反对称模的相应色散分支可以交叉。BIC发生在这些分支之一，其特点是较低的损失。实际上，BIC对应于辐射损失最小的点。对于较厚的层（间隔和极性电介质）BIC被示出发生在高阶色散分支。BIC的起源可以追溯到由于中心层漏导模的激发而产生的Fabry-Perot型机制。
2021-06-12 physics.optics physics.pop-ph
The effect of polarization on the propagation distance of leaky guided modes
研究表明，在实折射率介质波导中，横磁（TM）漏模比横电（TE）模传播得更远。我们计算的状态密度，并发现，而TE光谱只包含重叠的共振，TM光谱通常包含几个孤立的峰。通过将TM方程转化为薛定谔型方程，我们表明，这些孤立的峰出现由于$δ$功能障碍的核心包层界面。我们的理论是有用的一系列应用，包括过滤TM模式从最初的非偏振光和远距离波导之间的信息传输。
2018-04-25 physics.optics
All-Dielectric Ceramic 3-D Printed Unidirectional Leaky-Wave Antenna at mm-Wave Frequencies
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）；Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques (FHR)（弗劳恩霍夫高频物理与雷达技术研究所）
本研究设计并制造了一种无需金属接地平面的全介质陶瓷3D打印漏波天线，工作于70-90 GHz，利用光子带隙理论实现宽边单向辐射，扫描范围-18°至22°，增益超23 dBi，辐射单向性超85%。
2026-09-24 physics.app-ph physics.optics
Light storage in wavy dielectric grating with Kerr nonlinearity
本研究提出一种具有克尔非线性的波纹介质光栅结构，利用光学双稳态间接激发对称保护BIC实现无损耗光存储，可通过特定光场擦除存储信息，适用于光存储与开关器件。
2024-06-25 physics.optics
Tuning Leaky Nanocavity Resonances - Perturbation Treatment
有限寿命纳米腔电磁模式的绝热频率调谐也影响它们的品质因数（Q）。由（实）频率调谐引起的微扰Q变化是一个可控参数。在这里，介电常数调制（DCM）对腔谐振的影响，通过一阶微扰分析的三维腔辐射损耗。推导了DCM引起的腔模频率和Q值变化的半解析表达式。所得结果与数值计算结果吻合较好。
2010-03-03 physics.comp-ph physics.optics
Band dynamics accompanied by bound states in the continuum at the third-order $Γ$ point in leaky-mode photonic lattices
平面光子晶格（包括超颖表面和光子晶体平板）中的束缚态和Fano共振是近年来研究的热点。通常，BIC和Fano共振与在二阶伽马（$Γ$）点处打开的第二阻带相关联。研究了一维漏模光子晶格中三阶$Γ$点处的第四阻带及其伴随的BIC的基本性质。在第四阻带处，一个带边模式遭受辐射损耗，从而产生Fano谐振，而另一个带边模式变成无泄漏BIC。第四阻带主要由与周期性介电常数调制的第一、第二和第四傅立叶谐波分量相关联的布拉格过程控制。这三个主要过程之间的相互作用关闭了第四带隙，并引起了带翻转，由此泄漏和BIC边缘穿过第四带隙。在第四阻带处，由于一阶和二阶傅立叶谐波之间的破坏性相互作用，形成了一种新型的BIC。当第四个带隙关闭强烈增强$Q$因素，狄拉克锥色散可以出现在三阶$Γ$点。我们的研究结果表明，通过利用高$Q$布洛赫模式在第四阻带操纵电磁波的方法。
2020-10-23 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
Characterization of laser-induced ionization dynamics in solid dielectrics
飞秒激光与透明固体相互作用过程中电子空穴等离子体的形成是飞秒激光加工的核心。先进的微米和纳米加工应用需要对激励特性进行改进的控制。在这里，我们涉及到强激光场诱导等离子体形成的低次谐波的发射。再加上测量的总等离子体密度，我们确定两个竞争的电离机制-强场和电子碰撞电离的贡献。
2021-08-06 physics.optics
Leaky modes of waveguides as a classical optics analogy of quantum resonances
提出了一种经典的光学波导结构来模拟量子力学中一维短程势场的共振。该类比是基于波导的引导和辐射模式与量子阱的束缚和散射态之间的众所周知的相似性。由于共振是散射状态，在散射体的影响区域中花费一些时间，我们将它们与波导的泄漏模式相关联，后者的特征在于在传播方向上遭受衰减，但在横向方向上呈指数增加。这种相似性是完全的，因为共振（漏模）可以被解释为具有有限寿命（纵向位移）的束缚态（导模）。作为一个直接的应用程序，我们计算的泄漏模式（共振）与介质均匀板（方阱势），并表明这些模式的衰减，因为它们传播。
2015-06-23 physics.optics quant-ph
Merging and band transition of bound states in the continuum in leaky-mode photonic lattices
本文通过解析和数值方法研究平面光子晶格中偶然连续谱束缚态的合并与能带跃迁，给出二阶$Γ$点合并厚度的耦合模分析，为实现对制造缺陷鲁棒的超高$Q$导模共振提供理论依据。
2023-07-04 physics.optics
Subwavelength Imaging with Dielectric Metamaterial Solid-Immersion Lens
传统光学显微镜有限的分辨率源于这样一个事实，即物体的亚波长信息是由倏逝波携带的，倏逝波在空间中呈指数衰减，无法到达成像平面。我们在这里介绍一种超材料固体浸没透镜（mSIL），它利用紧密堆积的高折射率纳米颗粒作为复合介质，有效地转换和传输倏逝波从近场到远场。理想点源的倏逝波能量的约20%可以通过mSIL引导到远场。这导致了mSIL在可见光下的出色成像性能。使用15 nm直径的TiO 2（n=2.55）纳米粒子作为构建块，我们证明了45 nm-75 nm的特征可以通过mSIL在白光显微镜下分辨。我们的方法开辟了使用纯电介质材料获得“完美透镜”的可能性。
2015-11-06 physics.optics
A Generalized Dispersion Equation Combining Coupled Modes, Parity-Time Symmetry, and Leaky Waves Describing Non-Decaying Leaky Surface Waves
本文提出一种同时融合耦合模式、宇称-时间对称性与漏波的广义色散方程，并据此设计有源阻抗补偿的非衰减漏表面波天线，实现理想孔径效率且优于传统PEC背衬SMRS。
2024-08-05 physics.app-ph physics.optics
Outer Resonances and Effective Potential Analogy in Two-Dimensional Dielectric Cavities
研究了二维介质腔中的外共振作为一种准简正模，其折射率为$n>1$。外部谐振可以被验证为仅在介质盘的小开口极限中的腔外部存在的谐振。我们证实了外共振普遍存在于变形腔中，而与腔的几何形状无关，并且在轻微变形腔中外共振分裂成近简并态。同时指出有效势类比不适用于描述外共振。由于介质腔中的外共振大多具有很高的泄漏，它们会影响到态密度的宽背景。特别是对于TE偏振的情况，存在相对低泄漏的外共振，并且它呈现了它们可以与内共振相互作用并影响激光模式的可能性。
2010-07-22 physics.optics quant-ph
Extreme sensitivity refractive index sensor based on lithography-free metal-dielectric cavity
使用相对简单的结构来实现高性能的折射率传感器一直是迫切需要的。在这项工作中，我们提出了一种基于金属介质腔的无光刻传感平台，我们的设备可以达到1456700 nm/RIU的溶液和1596700 nm/RIU的固体材料，和FOM可以达到1234500 /RIU的溶液和1900800 /RIU的固体材料，这两个都是远远高于大多数传感方法。该传感器在TE光和TM光下均具有良好的传感性能，适用于集成微流体通道。我们的方案使用了一个多层结构，10 nm的金膜夹在棱镜和分析物之间，并显示出低成本的高性能传感的巨大潜力。
2019-07-27 physics.optics
Dielectric nonlocal metasurfaces for fully solid-state ultra-thin optical systems
大多数光学系统涉及由自由空间区域分离的透镜的组合，在自由空间区域中，光获得用于特定功能的所需的角度相关相位延迟。最近，已经提出了平面光学结构来压缩这些大的自由空间体积并使整个光学系统小型化。然而，这些早期的设计只能取代有限长度的自由空间体积，或者在非常窄的角度范围内工作，或者需要高折射率背景。这些问题提出了关于这些设备在实际场景中的适用性的问题。在这里，我们首先推导出压缩自由空间的长度和工作角度范围之间的基本权衡，这解释了早期设计的一些局限性，然后我们提出了一种解决方案，使用适当耦合的谐振层组成的非局部元表面结构来放松这种权衡。这种策略受到基于耦合谐振器的带通滤波器的启发，允许在宽角度范围内替换任意长度的自由空间体积，并且具有非常高的透射率。最后，我们从理论上证明，第一次，结合本地和非本地元表面实现紧凑的，全固态的，平面结构的聚焦，成像和放大，其中的透镜的焦距（因此其放大率）不决定的实际距离，在实现聚焦的潜力。我们的研究结果有望扩大元表面领域的范围，并开辟新的未开发的机会。
2021-04-27 physics.optics
Ablation of solids by femtosecond lasers: ablation mechanism and ablation thresholds for metals and dielectrics
用解析形式描述了飞秒强激光脉冲烧蚀固体的机理。结果表明，在高强度时，当靶材料的电离是在脉冲结束前完成，烧蚀机制是相同的金属和陶瓷。这种新的烧蚀机制的物理学涉及由高能电子从靶逃逸产生的电荷分离引起的静电场中的离子加速。结合激光和靶参数，推导了金属和陶瓷的烧蚀阈值和烧蚀率的公式，并与实验数据进行了比较。计算的烧蚀阈值对脉冲持续时间的依赖性与飞秒范围内的实验数据一致，并且它与纳秒脉冲的依赖性有关。
2001-02-15 physics.optics physics.plasm-ph
Photonic band gap in isotropic hyperuniform disordered solids with low dielectric contrast
我们报告的第一个实验演示TE偏振光子带隙（PBG）在二维各向同性超均匀无序固体（HUDS）的介电介质制成的折射率对比度为1.6：1，非常低的PBG形成。该固体由包围空气填充单元的电介质壁的连接网络组成。通过与光子晶体和准晶体的直接比较，我们可以研究带隙特性随旋转各向同性的增加而变化。我们目前的结果，从数值模拟证明，在低折射率对比度的HUDS实验观察到的PBG具有零态密度。PBG与间隙上方和下方的互补谐振模式之间的能量差相关联，其中场主要集中在空气中或电介质中。HUD的固有各向同性可以提供前所未有的灵活性和自由度的应用（即。e.缺陷结构设计）不受晶体对称性的限制。
2013-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Interaction of intense ultrashort laser pulses with solid targets: A systematic analysis using first-principles calculations
提出多尺度 Maxwell-TDDFT 第一性原理方法，模拟强超短激光脉冲在 50–200 nm 金属与介电薄膜中的传播和电子响应，揭示多种非线性光学转变机制。
2024-01-24 physics.optics
Enhanced High-Harmonic Generation from an All-Dielectric Metasurface
最近观察到的高次谐波产生固体工程基本强场过程中创建了一个新的可能性，通过图案化的固体目标与亚波长纳米结构。全介电超颖表面表现出高的损伤阈值和驱动场的强增强，使它们成为在纳米尺度上控制高次谐波和其他高场过程的有吸引力的平台。在这里，我们报告增强的非微扰高谐波发射的Si超颖表面，具有尖锐的Fano共振导致从一个经典的模拟电磁感应透明。与未图案化的样品相比，谐波发射增强了两个以上的数量级。增强的高次谐波是高度各向异性的激发偏振和选择性的激发波长，由于其共振功能。通过结合纳米纤维技术和超快强场物理，我们的工作为设计在高强度和短波长下工作的新型紧凑超快光子器件铺平了道路。
2017-10-11 physics.optics
Enhanced broadband Terahertz radiation from two colour laser pulse interaction with thin dielectric solid target in air
我们报告增强宽带太赫兹（THz）的产生和详细的表征飞秒双色激光脉冲与薄的透明介质带目标在环境空气中的相互作用。该光源易于实现，具有良好的可扩展性与激光能量。使用傅里叶变换光谱仪的光谱特性表明，在0.1 - 10 THz的THz区域，相对于环境空气中的常规双色激光等离子体源，产额提高了150%以上。此外，源光谱扩展到40 THz，通量增强> 30%。实验结果，以及支持与二维粒子在细胞模拟建立瞬态光电流的非对称激光脉冲与空气等离子体的相互作用，以及近固体密度等离子体上形成的磁带表面是负责增强太赫兹产生。该源将是有用的多学科活动和基于实验室的太赫兹源的持续应用。
2020-12-18 physics.optics physics.plasm-ph
Dielectric response effects in attosecond time-resolved streaked photoelectron spectra of metal surfaces
由亚飞秒极紫外（XUV）脉冲从金属表面释放导带电子以及它们通过固体的传播引起固体中的介电响应，该介电响应作用于光电子波包。我们计算了（唤醒）潜力与此光电子自相互作用的散装和表面等离子体激元激发，并表明，它会引起相当大的，XUV频率依赖的时间转移在激光条纹XUV光电子能谱，这表明观察超快固态介电响应在当代条纹光电子能谱实验。
2011-02-03 cond-mat.other physics.atom-ph physics.optics
Complex modes in optical fibers and silicon waveguides
在固定频率下，开口光波导中的一般波场是有限个导模与辐射模的积分之和。大多数关于开放式无损耗介质波导的研究都涉及规则导模，这些导模被限制在波导芯周围，具有真实的传播常数，并且沿着波导轴传播而没有衰减。然而，即使波导由无损各向同性介质材料组成，也可能存在具有复传播常数的导模，并且它们是所谓的复模。复模是限制在波导芯周围的固有模，不同于漏模，漏模在横截面上具有发散的波场。对于具有不连续性和缺陷的波导，复模可以被激发，并且必须包括在本征模展开中。然而，现有的研究开放无损介质波导中的复模式是非常有限的。本文考虑圆光纤和硅波导，研究了复模的形成机理，并计算了每种波导中几种复模的色散关系。对于圆形光纤，我们还确定了复杂模式存在的最小折射率比。该研究填补了光波导理论的空白，为实现复模的潜在应用奠定了基础。
2021-06-22 physics.optics
Second-harmonic generation in Mie-resonant dielectric nanoparticles made of noncentrosymmetric materials
我们发展了一个多极理论的二次谐波产生（SHG）的非中心对称材料制成的介电纳米粒子与体二次非线性。我们具体分析了两种制度的光激发：照明的平面波和单模激发，当激光泵浦驱动的磁偶极子模式。考虑到两类非线性晶体固体（介电钙钛矿材料和III-V族半导体），我们采用对称性的方法来获得选择规则的多极组成的非线性辐射。所开发的描述可用于设计具有可重构辐射特性的高效非线性光学纳米天线。
2019-01-25 physics.optics
Hybrid gap modes induced by fiber taper waveguides: application in spectroscopy of single solid-state emitters deposited on thin films
我们表明，通过模拟，光纤锥形波导可以是一个有效的工具，用于光致发光和谐振，消光光谱的单个发射器，如分子或胶体量子点，沉积在薄的电介质膜的表面上。放置在高折射率膜上，锥形光纤波导引起混合模式波的形成，类似于介电开槽波导模式，其在低折射率间隙区域中提供强场限制。这种间隙限制波的可用性产生潜在的高自发发射增强因子（$\approx20$）、荧光收集效率（$\approx 23%$）和透射消光（$\approx 20%$）水平。预测的荧光和消光水平的两个改善的因素，如果膜，而不是用一个悬浮的通道波导。两种配置，在可见光（$\approx 600 \nm$）和近红外（$\approx 1300 \nm$）光谱范围内的操作进行了评估，表现出类似的性能。
2010-02-19 physics.optics
Dispersion Limited versus Power Limited Terahertz Transmission Links Using Solid Core Subwavelength Dielectric Fibers
在这项工作中，我们提出了一个深入的实验和数值研究的短距离太赫兹通信链路，使用亚波长介质光纤的信息传输和定义的主要挑战和权衡的链路实现。特别是，我们使用空气或泡沫包层聚丙烯芯的亚波长介质太赫兹光纤的各种直径（0.57-1.75毫米），研究链路性能的函数的链路长度高达10米，和数据比特率高达6 Gbps的载波频率为128 GHz（2.34毫米波长）。我们发现，根据光纤直径的不同，传输信号的质量主要受到模式传播损耗或光纤速度色散（GVD）的限制。使用直径小于0.57 mm的光纤实现了超过10米的无差错传输，比特率为4 Gbps。此外，由于亚波长光纤的场是弱限制的，并延伸到空气包层深处，我们研究了模场的范围外的光纤芯，以及光纤弯曲损耗。最后，杆在空气中的亚波长太赫兹光纤为基础的链接的功率预算相比，自由空间通信链路，我们证明了光纤链路提供了一个很好的解决方案，为各种短距离应用。
2020-04-21 physics.app-ph physics.optics
Unraveling the Angular Symmetry of Optical Force in a Solid Dielectric
电磁力的教科书式是19世纪由洛伦兹提出的，但由于与狭义相对论和动量守恒不相容，其有效性受到了质疑。Einstein-Laub公式可以作为Lorentz公式的替代，它可以调和这些冲突。然而，由于缺乏实验证据，关于确切的力的激烈争论仍在继续。在这里，我们报告的第一个实验研究的角度对称性的光学力内的固体电介质，旨在区分这两种配方。实验令人惊讶地表明，由高斯光束施加的光学力具有角模数为2和0的分量，这不能单独用洛伦兹或爱因斯坦-劳布公式来解释。相反，我们发现一个修正的亥姆霍兹理论结合洛伦兹力与额外的电致伸缩力可以解释我们的实验结果。我们的研究结果代表了在确定正确的力公式方面的一个根本性飞跃，并将更新涉及电磁力的许多应用的工作原理。
2021-05-24 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Ionization clamping in ultrafast optical breakdown of transparent solids
本文提出多物理场模型研究飞秒激光在透明电介质中的非线性传播，发现电离被钳制在上价带电子密度约十分之一，并纠正了此前约10 TPa可获压力的估计，指出其偏差达两个数量级。
2023-07-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Toroidal eigenmodes in all-dielectric metamolecules
我们提出了一个彻底的调查的电磁谐振模式所支持的系统的极化杆放置在顶点的规范多边形。这项研究是进行严格的有限元特征值模拟。为了提供物理洞察力，模拟补充耦合模理论（LCAO在分子和固态物理学的模拟）和集总线模型捕捉耦合引起的电流在每个棒的重组。形成全介电循环元分子的杆系统被发现支持非常规的环形偶极模式，其由每个杆中的磁偶极模式组成。除了环形模式，光谱相邻的集体模式被确定。所有的共振频率与杆分离的演变进行检查。他们被发现振荡的单杆磁偶极共振，一个功能归因于泄漏性质的组成模式。重要的是，我们观察到，合奏的一个奇数棒产生更大的环形模式和它的邻居之间的频率分离比那些与偶数棒。这种增加的光谱隔离，以及环形模式所表现出的低品质因数，有利于通常沉默的环形偶极子与外界的耦合，使得所提出的结构成为控制环形激励的观测及其与通常存在的电偶极子的相互作用的主要候选者
2019-07-04 physics.app-ph physics.optics
Field-cycle-resolved photoionization in solids
本文将固体电介质中光电离的Keldysh理论推广到任意脉冲形状的任意短驱动脉冲的情况。我们推导出一个封闭形式的解决方案的非绝热电离率在一个透明的固体与周期性的色散关系，揭示了超快电离动力学领域内的周期和恢复的Keldysh理论的关键结果在适当的限制制度。
2014-08-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Radiation pressure on a dielectric wedge
电磁辐射作用在电介质上的力可以直接应用经典电动力学的洛仑兹定律导出。当光的电场作用于介质中的（感应的）束缚电荷时，其磁场对束缚电流施加力。我们使用的例子楔形固体电介质，沉浸在一个透明的液体和照明在布鲁斯特角，证明电磁场的线性动量内的电磁场既没有闵可夫斯基和亚伯拉罕的形式;相反，正确的表达的动量密度有相等的贡献。这样表示的入射动量的时间变化率等于作用在楔形物上的力加上周围液体所受的力。
2014-01-28 physics.class-ph physics.optics
Acoustic and Optical Properties of a Fast Spinning Dielectric Nanoparticle
悬浮在真空中的纳米粒子可以设定为以极限频率旋转，仅受材料的拉伸强度限制。在如此高的频率下，固态量子激发动力学的剧烈变化是可以预期的。在这里，我们从理论上描述了声学声子之间的相互作用和纳米粒子围绕其自身的轴的旋转，并建模纳米粒子的声学和光学性质如何变化时，它在一个固定的频率旋转。作为一个例子，我们分析预测的缩放的形状，声学本征模谱，介电常数，和极化率的旋转介电纳米球。我们发现，在目前的实验中实现的几个千兆赫的频率，这些属性的变化应该是可测量的与本技术。我们的工作旨在探索极端旋转下介观物质中的固态量子激发，随着对高度孤立的悬浮纳米粒子的精确控制的出现，这种机制现在变得可以访问。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
