Consistent formalism for the momentum of electromagnetic waves in lossless dispersive metamaterials and the conservation of momentum
利用波包积分技术，提出了一种新的计算超材料中电磁动量和机械动量的方法。该介质具有巨大的质量密度，因此可以被认为是几乎静止的入射电磁波。在无损色散超材料中（包括阻抗匹配和与真空失配的情况），利用该方法可以清楚地识别动量密度和动量流，包括它们的电磁和力学部分。研究发现，电磁动量密度与机械动量密度的比值取决于超材料内部电磁波的阻抗和群速度。其中一个明确的结果是，超材料中的电磁动量和机械动量都与能量流的方向相同，而不是波矢的方向。验证了总动量守恒。此外，还利用电磁能量密度和电磁功率密度的波包积分验证了垂直入射过程中的能量守恒定律，其中电磁功率密度是由感应（极化）电流与电磁波相互作用引起的。
2011-03-21 physics.optics
Metasurface Spatial Processor for Electromagnetic Remote Control
我们引入了元表面空间处理器的概念，其传输是由通过元表面的入射波和控制波的叠加来远程和相干地控制的。该器件的概念操作类似于晶体管和马赫-曾德尔干涉仪，同时在电磁变换方面提供更多的多样性。我们展示了两个超颖表面，执行电磁开关和放大的操作。
2015-10-20 physics.optics
Blowing up Light: A nonlinear amplification scheme for electromagnetic waves
我们利用非线性亥姆霍兹方程的爆破解来引入一种能够放大特定强度的电磁波的非线性共振效应。为了实现这一点，我们提出了一个散射设置的克尔板与负（散焦）克尔常数放置在一个线性板的左边，以这样的方式，一个左入射相干TE波具有特定的入射角和强度实现了相应的亥姆霍兹方程的爆破解决方案，每当其波数$k$采取一定的临界值，$k_\star$。对于$k=k_\star$，解在克尔板的右边界处爆炸。对于$k<k_\star$，该设置定义了一个散射系统，其透射系数发散为$k\to k_\star$的$(k-k_\star)^{-4}$。通过调整平板之间的距离，我们可以使用这种设置来放大波长在极窄光谱带内的相干波。对于附近的波长，该设置用作滤波器。我们的分析利用了非线性推广的传输矩阵的散射理论，以及单向不可见的潜力的属性。
2018-10-19 physics.optics quant-ph
On resonant generation of electromagnetic modes in nonlinear electrodynamics: Classical approach
本文探讨了欧拉-海森堡电动力学中非线性效应产生的电磁模共振放大的理论可能性。准确地说，我们研究了射频腔中单个电磁模式引起的三次谐波放大的可能性，以及腔中两种泵浦模式（$ω_1$和$ω_2$）引起的组合频率的信号模式的产生。求解信号模式的非齐次波动方程，我们制定了两个谐振腔的任意形状的条件，并适用于线性和矩形腔的形式。我们明确地表明，三次谐波以及模式的组合频率$2ω_1 + ω_2$不共振放大，而信号模式的频率$2ω_1 - ω_2$放大一定的腔的几何形状。
2021-10-26 hep-th physics.optics
Classical treatment of evanescent electromagnetic fields interacting with an amplifying or attenuating medium upon total internal reflection
本研究针对平面电磁波在透明介质与低折射率放大/衰减介质界面的全内反射问题，通过有效折射率和消光系数纳入增益损耗效应，求解麦克斯韦方程得到反射系数及折射场的解析表达式，可描述倏逝场的放大或衰减特性。
2023-06-06 physics.optics
Amplification of Electrostriction Mechanism of Photoacoustic Conversion in Layered Media
本文分析了两种低光吸收材料界面上光-声能量转换的电致伸缩机理。我们比较了这种方法的转换与广泛使用的热转换的基础上薄金属膜。结果表明，在均匀介质的情况下，电致伸缩机制的贡献明显较低。我们证明了通过激发导模来放大所产生的声信号的可能性，所述导模的能量位于薄（约200-400 nm厚度）介电层中。由于结构中的高电磁场能量集中，强度的局部值与入射光的强度相比增加了两个数量级以上，这也允许相应地增加压力的幅度。因此，在本计画中，我们提出新颖的层状介电结构，其中由于导模的激发而产生电致伸缩效应。
2020-05-29 physics.optics
Approach for describing spatial dynamics of quantum light-matter interaction in dispersive dissipative media
解决纳米结构中电磁场的放大和产生的挑战性问题使得能够在新的实际应用中实现纳米尺度下电磁场的许多特性。第一性原理量子力学考虑这样的问题是充分限制指数大的自由度，并不允许电磁场动力学被描述，如果它涉及大量的相互作用的原子和电磁场的模式。相反，电磁场的经典描述在纳米尺度上是不正确的，因为高水平的量子涨落与高耗散和噪声水平有关。在本文中，我们开发了一个框架，大大减少了自由度，它描述了电磁场与原子相互作用的量子空间动力学。作为例子，我们考虑了金属亚波长槽中原子间的相互作用，证明了自发激发的电磁脉冲以群速度传播。该方法可用于描述任意色散耗散系统中电磁场的非均匀放大和传播。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modeling of electromagnetic wave propagation and spectra of optical excitations in complex media using 4x4 matrix formalism
利用4 × 4矩阵理论分析了电磁波在双各向异性介质中的传播和反射率、透射率的琼斯矩阵分量。本文导出了双各向异性材料在半无限和薄膜两种结构中的复反射系数和复透射系数的解析公式。所得结果可用于多铁性晶体和超材料的光谱分析。推导了斜入射时各向异性多铁性材料中磁偶极和电偶极混合激发的调整振子强度匹配条件。用Mueller矩阵模拟了磁电和手征激发的谱，并讨论了区分它们的方法。
2011-05-25 cond-mat.str-el physics.optics
Transformation and amplification of light modulated by a traveling wave with a relatively low frequency
本文研究低频行波调制光学谐振腔实现光放大的问题，证明即使行波频率和相速度远小于光波，也能在窄频带内产生强放大并形成多条光学频率梳谱线。
2025-09-23 physics.optics
Amplified up-conversion of electromagnetic waves using time-varying metasurfaces
ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS), Research School of Physics, The Australian National University（澳大利亚国立大学变革性超光学系统卓越研究中心物理研究学院）；Instituto de Telecomunicações and Department of Electronics, Telecommunications and Informatics, University of Aveiro（阿威罗大学电信研究所电子、电信与信息系）
利用时变超材料实现微波和太赫兹波段电磁波的高效放大和频率转换，通过级联放大过程突破曼利-罗伊极限。
2026-08-17 physics.app-ph physics.optics
Electromagnetic wave propagation in spatially homogeneous yet smoothly time-varying dielectric media
我们在经典电动力学的框架内，探讨电磁波通过空间均匀但平滑的时间依赖性介质的传播和变换。通过将在有限周期τ内发生的平滑过渡建模为介电常数的唯象现实和S形变化，推导出了麦克斯韦方程组关于电位移的超几何函数的解析精确解。使用这种解决方案，我们显示的可能性，放大和衰减的波，并将其与随时间变化的介电常数的减少和增加。此外，我们证明，这种波和非平稳介质之间的能量交换导致的变换（或转换）的频率。我们的研究结果可能为在时变结构中实现可控的光-物质相互作用铺平道路。
2015-11-18 physics.optics
Anomalous transient amplification of waves in non-normal photonic media
耗散是自然界中遇到的动力系统中普遍存在的现象，因为没有有限系统与其环境完全隔离。在光学系统中，任何技术应用所面临的关键挑战传统上都是减轻光学损耗。最近的工作表明，一类由精确平衡的损耗和增益分布组成的新型光学材料可以用于设计用于传播和过滤电磁辐射的新功能。在这里，我们显示了一个通用的属性的光学系统，具有不平衡的分布的损失和增益，所描述的非正常运营商，即一个整体的有损光学系统可以瞬时放大某些输入信号的几个数量级。我们提出了一个数学框架来分析波在介质中传播的动力学与任意分布的损耗和增益，并构建工程师这样的非正常功率放大器的初始条件。我们的研究结果指出了一个新的设计空间的工程光学系统中采用的光子学和量子光学。
2014-10-17 physics.optics
Parametric metasurfaces for amplified up-conversion of electromagnetic waves
提出参数化超表面新概念，通过调制双开口环谐振器中的可变电容实现自由空间电磁波频率上转换与放大，级联放大超20dB并突破Manley-Rowe极限，且能精确控制相位，适用于微波至亚太赫兹频段。
2025-03-19 physics.app-ph physics.optics
Theoretical formalism for collective electromagnetic response of discrete metamaterial systems
我们开发了一个一般的形式主义来描述的近共振电磁场的传播磁介质谐振器组成的介质。由于超材料阵列中纳米制造谐振器的尺寸和空间间隔通常小于波长，因此我们将其描述为离散散射体，支持由单个动态变量表示的电流振荡的单模。我们推导出拉格朗日和哈密顿形式的耦合电磁场和振荡电流的长度规范，得到的Power-Zienau-Woolley变换。每个谐振器对电磁场的响应然后由极化和磁化密度描述，极化和磁化密度在多极展开中的最低阶，产生电和磁偶极子激励。我们推导出一组封闭的方程的相干散射场和正常模式的振幅的电流振荡的每个谐振器内的旋转波近似，在这种情况下的辐射衰减率是远远小于谐振频率，没有这样的假设。方程组包括由电磁场介导的一组离散谐振器之间的辐射耦合，完全将经常性散射过程纳入所有阶次。通过考虑一个二维开口环谐振器超材料阵列的例子，我们表明，该系统的响应合作近共振场，表现出集体本征模，谐振频率，和辐射线宽，从紧密间隔的谐振器之间的强辐射相互作用的结果。
2012-08-08 physics.optics quant-ph
Dilaton field and cosmic wave propagation
研究了电磁波在介子场和轴子场联合作用下的传播。膨胀子场在传播中引起放大/衰减，而轴子场引起偏振旋转。由光子引起的放大/衰减与电磁波（光子）的频率（能量）和偏振无关。从观测结果来看，宇宙微波背景（CMB）与黑体辐射的一致性和精确定标限制了介子的分数变化|Δψ|从CMB的最后一个散射表面的时间起，将小于约8 × 10 ~（-4）。
2014-10-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The advancement of Brillouin Light Scattering with the assistance of nanoplasmonic structures. Enhancement and amplification
V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics of NAS of Ukraine（乌克兰国家科学院瓦·拉什卡廖夫半导体物理研究所）；Faculty of Physics, University of Vienna（维也纳大学物理学院）；Educational Scientific Institute of High Technologies, Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯舍甫琴科国立大学高等技术教育科学研究所）
本文提出通过主动供能增强磁性系统中布里渊光散射的效率，实现表面增强的放大，突破传统被动增强的局限。
2026-04-27 cond-mat.other physics.optics
Laser under ultrastrong electromagnetic interaction with matter
在电磁场和物质之间的超强相互作用下，光通过辐射（激光）的受激发射放大的传统图像被打破，电场和磁场的不同动力学使“激光”与传统激光有质的不同，传统激光已经被简单地描述而没有区别。在超强区的“激光”可以表现出丰富多样的行为，并自发出现相干现象。我们发现，“激光”通常伴随着腔内外电磁场的奇次谐波和与原子布居振荡的同步。在两能级和单模近似下的一个简单模型中也证明了双稳态。
2015-05-18 physics.optics quant-ph
Transmission statistics in nonconservative disordered optical medium
本文确定了电磁能量在一维无序介质中传输时的累积量。为了这个目的，我们推导出Keldysh非线性西格玛模型的作用与源项，产生的能量电流波动。发现随着吸收（放大）的增加，无序实现的系综上的波动减少（增加）。在保守介质中，涨落与透射系数的Dorokhov分布有关。
2013-08-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum vacuum amplification in time-varying media with arbitrary temporal profiles
本文提出基于共轭谐振子的理论框架，研究任意时间调制轮廓下时间变化介质中的量子真空放大效应，发现最快最强调制并非最优，为设计增强量子现象的时间调制序列提供关键见解。
2023-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two-Potential Formalism for Numerical Solution of the Maxwell Equations
提出了一种基于两个矢量势和两个标量势的新的麦克斯韦方程组。使用这些潜在的允许电磁场方程被写在一个双曲系统的形式。与原来的麦克斯韦方程组相比，该系统只包含演化方程，不包含具有微分约束性质的方程。这一事实使得新方程特别方便的电磁过程的数值模拟，特别是，他们可以解决现代强大的冲击捕获方法的基础上近似的空间导数的迎风差异。考虑了真空和非均匀介质中的电磁场。文中给出了用现代高阶格式求解方程组模拟电磁波传播的实例。关键词：计算电动力学，双势形式，双曲方程组数值解，激波捕捉格式。
2012-06-02 physics.class-ph physics.comp-ph physics.optics
Maxwell-Bloch modeling of an x-ray pulse amplification in a 1D photonic crystal
我们提出了一个实施的Maxwell-Bloch（MB）形式主义的X射线发射动力学的研究周期性多层材料，无论是人工或天然的。该处理是基于一个直接的时域有限差分法（FDTD）的麦克斯韦方程组结合布洛赫方程的解决方案，将随机自发发射噪声。除了材料的周期性之外，处理区分两种类型的层，那些是活性的（或共振的）和那些是非共振的。数值模型被应用到多层材料中的$Kα$发射的问题，其中的粒子数反转可以通过快速的内壳层光电离由X射线自由电子激光（XFEL）。通过数值模拟说明了布拉格衍射条件下所产生的放大荧光的特异性。相应的脉冲可用于X射线与物质的非线性相互作用的具体研究。
2021-02-17 physics.optics quant-ph
Electromagnetic Response for Modulation at Optical Time Scale
本文针对光学时间尺度超快调制中传统有效折射率方法失效的问题，建立了新的电磁响应理论描述，揭示了与传统方法在定量和定性上的显著差异。
2024-09-28 cond-mat.other physics.optics
