Jones matrices of perfectly conducting metallic polarizers
本文用单模模态法导出了无限大导电金属屏上周期性地穿有亚波长空穴时的透射和反射琼斯矩阵的解析表达式。该研究仅限于正常入射和忽略倏逝场（远场）的情况下，其中包括许多常见的情况。当只有一个非简并模在腔中传播时，它们的形式与偏振器的形式相同，具有法布里-珀罗型的光谱谐振因子依赖于大参数。然后，当孔支持两个正交偏振模式时，获得各向同性或双折射特性。这种基本的形式主义，最后适用于设计紧凑和高效的金属半波片。
2014-04-18 physics.optics
Perfectly Matched Metamaterials
本文提出完美匹配超材料，用于实现宽带波束成形和模拟计算，通过各向异性单元格控制电磁场以实现空间滤波和信号预处理。
2025-11-26 physics.app-ph physics.optics
Transport tuning of photonic topological edge states by optical cavities
基于传统介质材料中的空气棒，设计了晶体对称性保护的光子拓扑边缘态（PTES）作为光子拓扑波导（PTW）与侧光腔耦合。以单模和二重简并模腔为例，证明了与PTW耦合的腔可以改变PTES的无反射输运。单模腔能够在其谐振频率下完美地反射PTE，从而在透射光谱中形成凹陷。在半深度处的凹陷全宽度取决于腔和PTW之间的耦合强度，并且因此取决于腔的几何形状和相对于PTW的距离。而具有双重简并模的腔导致了更复杂的PTES输运，其透射谱可以是Fano形式。这些效应与我们建立的一维PTW-腔输运理论相一致，其中PTW与腔的耦合被认为是$δ$或非$δ$类型。这种与侧腔耦合的PTW，结合了拓扑特性和方便的可调谐性，具有广泛的拓扑光子器件的多样性。
2019-02-16 physics.optics
Shape resonances in nested diffraction gratings
本文用模式法求解了平面波入射到嵌套腔光栅上的衍射问题，分别为$s$和$p$偏振模。空腔由描述矩形轮廓的完美导电片形成。分析了光栅的电磁响应，特别注意结构内谐振的产生。研究了谐振腔与光栅几何参数的关系，给出了远场和近场结果。结果进行检查，并与文献中的某些极限情况下。
2004-11-24 physics.optics
Theory of reflectionless scattering modes
我们发展了一种特殊类型的散射态的理论，在这种散射态中，一组渐近通道被选择为输入，互补集作为输出，并且输入通道的反射为零。一般来说，在离散复频率处存在无限多个这样的解。我们的结果适用于线性电磁波和声波散射，也量子散射，在所有的维度，任意几何形状，包括散射体在自由空间中，并为任何选择的输入/输出集。我们将这种状态称为反射零（R-零），当它发生在实频率轴之外时，将其称为无反射散射模式（RSM），当它被调谐到实频率作为稳态解决方案时。这种无反射行为需要特定的单色输入波前，由具有本征值零的滤波散射矩阵的本征向量给出。稳态RSM可以通过不破坏通量守恒的指数调谐或通过增益-损耗调谐来实现。通量守恒腔的响应面是双向的，而非通量守恒腔的响应面一般是单向的。具有${\cal PT}$对称性的腔在复共轭对中具有单向R-零点，这意味着对于小的增益-损耗参数，无反射状态自然地在实频率处出现，但是在自发的${\cal PT}$破缺跃迁之后移动到复频率平面中。数值例子的RSM给出了一维腔的增益/损耗，一个${\cal PT}$腔，一个二维多波导结，和一个二维变形的介质腔在自由空间。我们概述并实现了一个通用的技术来解决这些问题，这表明有希望设计光子结构是完美的阻抗匹配的特定输入，或可以完美地转换输入从一组模式的互补集。
2019-09-09 physics.optics
Deterministic integration of quantum emitters and optical cavities in a van der Waals crystal
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems（变革性超光学系统卓越研究中心）
在范德瓦尔晶体中实现量子发射体与光学谐振腔的确定性集成，通过精确定位和定制谐振腔几何，提升光谱对齐与发射效率。
2026-01-07 physics.optics
The multi-resonant Lugiato-Lefever model
介绍了一种描述克尔光学腔多重共振的新模型。它与Ikeda映射在定量上完全一致，并预言了诸如超腔孤子和多个非线性态共存等复杂现象。
2017-06-01 nlin.PS physics.optics
Optical modes in oxide-apertured micropillar cavities
我们提出了一个详细的实验表征的光谱和空间结构的限制光学模式的氧化物孔微柱腔，显示出良好的质量厄米高斯分布，很容易模式匹配到外部字段。我们进一步推导出了横模的频率分裂与所期望的Purcell因子之间的关系。最后，我们描述了一种技术来检索的限制折射率分布的模式的空间分布。
2012-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Elucidating mechanism of optical cavities in superconducting strip single photon detectors using transmission line and impedance models
Graduate School of Engineering, Tohoku University（东北大学大学院工学研究科）
本文通过传输线和阻抗模型分析了超导条单光子探测器中光学谐振腔的吸收机制，比较了不同谐振腔结构的理论计算与数值模拟结果，发现两者接近，并提出阻抗匹配设计概念适用于其他超导探测器。
2026-04-28 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Enhanced nonlinear frequency conversion and Purcell enhancement at exceptional points
我们推导出量化的解析公式从亚波长发射器嵌入三重共振非线性$χ^{(2)}$腔支持例外点（EP）的暗模和漏模。我们表明，在这样一个系统中的上转换辐射率可以大大提高-高达两个数量级-相比，典型的Purcell因子实现在非退化腔，单色和宽带发射器。我们通过研究反向设计的2D光子晶体板来提供概念验证演示，该光子晶体板支持在发射频率下由狄拉克锥形成的EP和在二次谐波频率下的相位匹配的漏模共振。
2017-06-03 physics.optics
Photonic molecules made of matched and mismatched microcavities: new functionalities of microlasers and optoelectronic components
光子分子，通过与化学分子的类比而命名，是紧密定位的电磁相互作用的微腔或“光子原子”的簇。当两个或多个微腔靠近在一起时，它们的光学模式相互作用，并且出现了丰富的光子分子超模谱，这取决于单个腔的几何和材料特性以及它们的相互作用。在这里，我们讨论了光子分子超模的可控操作的方法，这改善或增加新的功能，以微腔为基础的光学元件。我们提出了几种优化调谐的光子分子设计，用于降低半导体微激光器的阈值，产生定向光发射，提高基于微腔的生物（化学）传感器的灵敏度，并优化耦合腔波导弯曲处的电磁能量传输。讨论了由相同的微腔组成的光子分子以及由不同尺寸或材料失谐度的微腔组成的光子分子。微波实验缩放光子分子结构目前正在进行中，以确认我们的理论预测。
2007-04-17 physics.optics
Fiber cavities with integrated mode matching optics
在基于光纤的法布里-珀罗腔（FFPC）中，腔模和输入/输出模之间有限的空间模式匹配已经成为许多应用的主要障碍。我们已经证明了一个通用的模式匹配方法的FFPC。我们的新设计采用了一个组件的梯度折射率和大芯多模光纤直接拼接到一个单模光纤。这种全光纤组件将单模光纤的传播模式转换为与FFPC的模式匹配。结果，我们已经测量了90%的模式匹配的腔长为$\sim$ 400 $μm$。与仅与单模光纤耦合的常规FFPC相比，这是显著的改进，特别是在长腔长时。调整组件的参数，基本腔模式可以与几乎任何单模光纤的模式匹配，使这种方法具有高度的通用性和可集成性。
2017-03-10 physics.optics quant-ph
On enhanced sensing of chiral molecules in optical cavities
利用手性分子对入射左右手圆偏振光的差分响应来传感分子的手性。目前，显著的努力针对增强来自分子的弱差分信号，目标是将手性光谱仪的能力扩展到较低的分子浓度或小的分析物体积。以前，已经引入了用于增强振动圆二色性的光学腔。它们的增强是由螺旋度保持腔模式介导的，该腔模式由于其简并的TE和TM分量而保持光的手性。在这篇文章中，我们简化了腔的设计，并数值比较它与以前的一个使用一个改进的模型的手征分子的响应。我们使用的分子共振参数表明，腔能够带来的振动圆二色性信号超过典型的光谱仪的检测阈值的浓度是一个到三个数量级小于那些需要没有腔，对于一个固定的分析物体积。当前光谱仪的频率分辨率导致新（先前）设计的一个数量级（两个数量级）以上的增强。随着频率分辨率的提高，新设计实现了三个数量级的增强。我们表明，TE/TM简并在完美的螺旋度保持模式是由固有的腔的因素解除。更令人惊讶的是，这种简并性也被分子本身提升，因为它们缺乏电磁对偶对称性，也就是说，由于光分子相互作用期间螺旋度的部分变化。
2021-02-01 physics.chem-ph physics.optics
Perfectly-reflecting guided-mode-resonant photonic lattices possessing Mie modal memory
共振周期性纳米结构在小或大的光谱带宽上提供完美的反射，这取决于材料和设计参数的选择。这种效应几十年来一直为人所知，通过通常称为谐振光栅、超材料和超表面的一维和二维结构在理论和实验上观察到。这种异常现象的物理原因是导模共振介导的横向布洛赫模式激发的倏逝衍射级在亚波长区。近年来，已有数百篇论文宣称Fabry-Perot共振或Mie共振是周期性超颖表面所具有的完美反射的基础。处理一个简单的一维圆柱杆晶格，在这里，我们清楚地和明确地表明，米氏共振不会导致完美的反射。事实上，布洛赫模介导的零阶反射率的光谱位置主要由晶格周期控制，通过其对晶格的均匀化有效介质折射率的直接影响。一般来说，完美反射出现远离米氏共振。然而，当横向漏模场分布接近孤立粒子Mie场分布时，谐振轨迹倾向于Mie谐振波长。晶格场记住孤立粒子场的事实在这里被称为米氏模态记忆。擦除的米氏存储器的折射率匹配的子层，我们表明，完美的反射生存的谐振轨迹接近均匀的有效介质波导轨迹。本文的结果将有助于阐明一般共振光子晶格的物理基础。
2020-12-16 physics.optics
Effects of surface roughness and top layer thickness on the performance of Fabry-Perot cavities and responsive open resonators based on distributed Bragg reflectors
本文系统分析了表面粗糙度和顶层厚度变化对基于分布式布拉格反射器的法布里-珀罗腔及开放谐振器性能的影响，揭示纳米级粗糙度会显著降低品质因子并限制其最大可达到值，并通过纳米声学传感器案例强调了在材料生长和器件制造中控制粗糙度的关键意义。
2023-09-24 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
Signatures of misalignment in x-ray cavities of cavity-based x-ray free-electron lasers
基于腔的X射线自由电子激光（CBXFEL）将允许使用光学腔反馈来支持由波动器中的电子产生高亮度和稳定性的完全相干的X射线。CBXFEL光学腔包括布拉格反射平面晶体镜和X射线折射透镜，布拉格反射平面晶体镜确保X射线在闭合轨道上循环，X射线折射透镜稳定轨道并将X射线重新聚焦到波荡器中的电子上。根据腔体设计，光学元件有数十个自由度，这些自由度永远无法完美对准。在这里，我们研究的光学元件和波荡器源的失调的签名的目的是了解失调的X射线束动力学的影响，了解失调公差，和开发腔对齐程序。X射线束轨迹的Betatron振荡（对称和非对称）是腔未对准的特征签名之一。振荡周期在一般情况下是腔中的X射线的非整数次往返通过。该周期（与振荡的振幅和偏移不同）与未对准的类型无关，并且由腔参数定义。利用解析和数值波动光学以及光线追迹技术对一个四晶体矩形腔的例子进行了研究。共焦和通用稳定腔类型进行了研究。
2022-03-23 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.optics
Consideration of non-phase-matched nonlinear effects in the design of quasi-phase-matching crystals for optical parametric oscillators
针对传统准相位匹配晶体光参量振荡器因寄生非相位匹配过程效率低的问题，提出九波耦合方程模拟全部非线性相互作用，优化设计非周期极化铌酸锂晶体，实现了50.6%的信号光转换效率，为相关晶体设计提供参考。
2024-04-16 physics.optics
