Designing electromagnetic resonators with quasinormal modes
本文综述了准正常模式（QNMs）理论在设计和理解微纳谐振器中的应用，指出QNMs能提供深刻物理见解并提升涉及模式混合与微扰场景的计算效率。
2024-08-24 physics.optics
Quasinormal-mode modeling and design in nonlinear nano-optics
基于准正模理论，我们提出了一种新的方法，使深入的分析洞察多参数设计和优化的非线性光子结构在亚波长尺度。我们的方法与以前的配方依赖于多极米氏散射展开的一个关键区别是，它直接利用纳米结构的自然共振模式，提供了场增强，以实现显着的非线性效率。由于封闭形式的表达式之间的相互作用模式的非线性重叠积分，我们说明了我们的方法的潜力与两个数量级的提升在半导体纳米结构中的二次谐波产生，通过工程的符号$χ^{(2)}$在亚波长尺度和结构的泵浦光束。
2019-11-14 physics.optics
Strong coupling regime and hybrid quasinormal modes of a single plasmonic resonator coupled to a TMDC monolayer
我们提出了一个严格的光子模式模型来描述一个单层的$\rm MoSe_2$和一个单一的金纳米粒子之间的强耦合。通过计算组合结构的三维混合准正规模式来量化强耦合的发生，从而可以准确地模拟光-物质相互作用，而无需调用通常的强耦合唯象理论。我们探索的混合准正规模式作为间隙大小和温度的函数，并发现光谱分裂的范围约为80-110毫电子伏，没有拟合参数的材料模型。我们还展示了混合模式如何表现出Fano样的共振和量化的混合模式的复杂极点，以及从嵌入的偶极子发射器的Purcell因子共振。这些影响不能用通常的启发式简正模理论来描述。
2021-06-03 physics.optics
Quasinormal modes of Floquet media slabs
本文建立时间周期介电常数平板的准正规模式框架，通过求解非线性特征值问题得到降阶模型，实现高效散射计算并揭示调制与共振模式的耦合机制，用于选择性放大或抑制特定模态贡献。
2025-07-03 physics.optics
Quasinormal mode expansion of optical far-field quantities
准简正模展开是分析纳米谐振腔中光与物质相互作用的常用方法。然而，扩大远场量，如能量通量是一个开放的问题，因为QNM发散与距离的谐振系统的增加。我们引入了一个理论来严格计算远场量的模态展开。所提出的方法是基于QNM的复本征频率。发散问题是通过使用轮廓积分与分析延续的远场量到复频率平面规避。我们通过计算纳米光子器件远场的角分辨模态能流来证明这种方法。
2020-07-30 physics.comp-ph physics.optics
Modal response sensitivity to polarization across photonic lantern architectures
Polytechnique Montréal（蒙特利尔理工学院）；Castor Optics（卡斯托光学）
研究不同光子天线架构中模态响应对偏振的敏感性，揭示强耦合结构与模式选择结构的输出差异。
2026-04-14 physics.optics
A general framework of canonical quasinormal mode analysis for extreme nano-optics
与极端局域化场相关的光学现象应该考虑非局域和量子效应，这对用本征模的图像概念化物理构成了障碍。在这里，我们首先提出了一个广义的洛伦兹模型来描述一般的非局域介质下的线性平均场近似和制定无源麦克斯韦方程组作为一个线性本征值问题来定义的准正规模式。然后，我们介绍了一个正交正规化方案的模式，并建立了一个典型的准正规模式框架一般非局域介质。给出了量子流体力学模型和具有非局域响应的极坐标系下金属的显式形式。该框架首次实现了量子隧穿机制中模式跃迁的直接模式分析，并提供了超出通常远场光谱分析的物理见解。应用于非局域极化激元，该框架也揭示了纵向声子极化激元在光学响应中的重要作用。
2021-10-28 physics.optics
Modal cut-off and the V-parameter in photonic crystal fibers
解决了光子晶体光纤（PCF）中的V参数问题。公式化的参数适当的核心缺陷的周期性结构，我们认为，多模截止发生在波长λ *，满足V_PCF（λ *）= π。与数值计算和最近的截止计算比较，我们证实了这一结果。
2003-07-02 physics.optics
A Quantitative Study of the Effect of Cladding Thickness on Modal Confinement Loss in Photonic Waveguides
在集成光子学产业中，人们对光子器件的小型化越来越感兴趣，如何量化有限包层厚度对光子波导模限制损耗的影响是制造商和设计工程师面临的重要问题之一。这要求传播常数$β$的计算具有至少六至七位数的精度，因为模式限制损耗与$β$的虚部成比例，按照工业标准，虚部比实部小六至七个数量级。本文提出了一种精确而有效的方法来计算分层介质中含有任意数量（非光滑）夹杂物的光子波导的电磁模式的传播常数。该方法结合了一个条件良好的边界积分方程制定的光子波导，只需要离散化的材料界面，和有效的索末菲积分表示来处理分层介质的效果。我们的计划是能够计算的电磁模式的传播损耗与高保真度，即使是波导的角落嵌入在一个有限厚度的包层材料。数值计算结果表明，矩形波导的模式限制损耗随包层厚度的减小而呈指数增长，其精度超过$10$位数。
2016-07-09 physics.optics
Semi-analytical approach to short-wavelength dispersion and modal properties of photonic crystal fibers
我们考虑由任意基底材料制成的光子晶体光纤，并推导出适用于短波长区域的色散和模式特性的统一半解析方法。特别是，我们计算的色散和有效折射率和比较全矢量平面波模拟，我们发现很好的协议。我们还计算了模场直径和V参数的渐近结果，从后者我们预测，纤维是无休止的单模归一化的空气孔直径小于0.42，独立的基础材料。
2005-02-14 physics.optics
Resonance expansion of quadratic quantities with regularized quasinormal modes
本文提出基于Riesz投影的准正规模式展开方法，用于计算二次可观测量，并通过数值实现先进量子光源验证其可在谐振腔外提供模式展开。
2022-12-21 physics.comp-ph physics.optics
Photonic modal circulator using temporal refractive-index modulation with spatial inversion symmetry
动态折射率调制打破了时间反演的对称性，可以用来制作非互易的片上光子器件。为了实现幅度非互易性，所有这样的设备还需要打破空间对称性的调制，这增加了实现的复杂性。在这里，我们介绍了一种模式环行器，它通过三个模式之间的循环运动来实现振幅的非互易性。我们表明，这样的环行器可以实现在动态调制的结构，保持镜像对称，因此可以实现仅使用一个驻波调制器，这显着简化了动态调制的非互易设备的实施。我们还证明，在运输过程中所涉及的模式的数量方面，模式环行器代表的最小配置，在其中可以实现完整的振幅非互易性，同时保持空间对称性。
2021-05-10 physics.optics
Propagation of Light in Photonic Crystal Fibre Devices
我们描述了一种半解析的方法，用于三维分析的光子晶体光纤器件。该方法依赖于模态传输线理论。我们提供了两个例子来说明这种方法在光子晶体光纤中的应用：光子晶体光纤耦合器中耦合作用的验证和光子晶体光纤分布布拉格反射器中的模式反射率。
2005-08-31 physics.optics
Modal analysis of electromagnetic resonators: user guide for the MAN program
所有的电磁系统，特别是谐振器或天线，具有有限寿命的谐振。相关的本征态，也称为准正规模，本质上是非厄米的，并决定了系统的光学响应。我们介绍MAN（纳米谐振器的模态分析），一个具有许多开放脚本的软件，它可以计算和规范化几乎任何电磁谐振器的准正规模式，无论是由色散，各向异性或非互易材料组成。MAN在谐振器的准正规模形成的基础上重建散射场，并提供了一个透明的物理解释。该软件是在MATLAB中实现的，已经开发了十年。MAN提供了许多工具箱，说明如何使用该软件在低频和高频范围内进行各种象征性计算。我们专门致力于将求解器与有限元软件COMSOL Multiphysics连接起来。然而，MAN也可以与其他频域数值求解器一起使用。本文介绍了该方案，总结了相关的理论背景。MAN包括一套全面的经典模型和工具箱，可以从网上下载。
2022-11-21 physics.comp-ph physics.optics
Modal properties of dielectric bowtie cavities with deep sub-wavelength confinement
本研究对拓扑优化逆向设计的复杂结构简化得到深亚波长光限制的介质蝴蝶结腔，保留其极小有效模式体积，通过模式分析验证宽频带内Purcell因子的单准正态模式描述性，证实微扰理论可解释其形状形变灵敏度，为该领域提供建模框架。
2022-07-13 physics.optics
Adaptive Eigenvector Continuation for Full-Vector Photonic Waveguide Mode Emulation
Departmento de Física, División de Ciencias e Ingenierías, Universidad de Guanajuato（瓜纳华托大学科学工程学院物理系）
提出自适应特征向量延拓框架，通过构建降阶基和残差监测，加速并稳定全矢量Maxwell本征模式在波长、几何和材料参数上的扫描。
2026-07-01 physics.optics
Discussions on the spatial exponential growth of electromagnetic quasinormal modes
本文探讨电磁准正态模式（QNM）在谐振器外部的空间指数增长问题，分析其物理意义与数学挑战，通过模型研究发现远程电磁体QNM耦合系数随距离增大而增强，挑战传统直觉，为开放空间模态表示提供新见解。
2024-11-27 physics.optics
Multimode non-Hermitian framework for third harmonic generation in nonlinear photonic systems comprising 2D materials
现代纳米光子学中的共振结构是非厄米（泄漏和损耗）的，并且支持准正规模式。此外，当代腔通常包括2D材料，以利用和共振地增强其非线性特性或提供可调谐性。这种材料由于其无限薄的性质和强分散性而进一步增加了建模的复杂性。在这里，提出了一种有效地分析纳米颗粒和超颖表面中的三次谐波产生（THG）的形式。它是基于数值计算的准正规模式的纳米结构，它是一般的，并没有作出任何事先假设的数量涉及的转换过程中的共振，在传统的耦合模理论的方法在文献中。该框架的能力展示通过两个选定的例子：一个单一的散射体和一个周期性的超颖表面纳入石墨烯的高三阶非线性。在这两种情况下，获得了良好的协议与全波非线性模拟。拟议的框架可能构成一个宝贵的工具，获得物理洞察纳米光学结构中的频率产生过程，并提供指导方针，实现大幅提高THG效率。
2022-10-24 physics.comp-ph physics.optics
Modal formulation for diffraction by absorbing photonic crystal slabs
基于有限元法建立了光伏应用中平面波在任意几何形状的吸收光子晶体平板上衍射的模式方程。半解析法可以有效和准确地计算具有复杂单元的阵列的吸收。这种方法提供了直接的物理洞察吸收机制，在这样的结构，这可以用来提高吸收。将该方法应用于硅纳米线阵列，验证了该方法的有效性和准确性。该方法非常适合于研究光谱特性（例如，吸收）随阵列的厚度而变化，并且我们用可以识别最佳几何形状的有效计算来证明这一点。
2015-11-24 physics.optics
Efficient finite element modeling of photonic modal analysis augmented by combined symmetry
本研究提出一种结合空间、时空等多种对称操作的高效有限元光子模态分析方法，推导对应边界约束，经复杂截面光波导测试，结果与标准FEM一致，空芯光纤中计算速度提升23倍，还可基于对称性直接分类计算模式，助力复杂波导分析。
2024-09-11 physics.optics
Quasinormal mode quantization of bound and propagating photons in complex lightguiding nanostructures for integrated devices
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
本文提出了一种用于复杂光引导纳米结构中束缚光子和传播光子的准正常模式量化的通用边界条件和量化方案，用于集成光子量子设备。
2026-05-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photonics in highly dispersive media: The exact modal expansion
我们提出了包括高色散介质的光子系统的精确模式展开。这些公式基于简单的凯尔迪什定理，非常通用，因为磁导率和介电常数都可以是色散的、各向异性的，甚至可能是非互易的。一个简单的色散测试的情况下，等离子体共振和几何共振强烈相互作用，证明了我们的方法的数值效率。
2018-07-06 physics.comp-ph physics.optics
Modal expansions in dispersive material systems with application to quantum optics and topological photonics
它被证明，在无损的情况下，一个通用的非均匀的可能是双各向异性和非互易系统的电动力学可以描述由一个增广的状态矢量的时间演化是由一个厄米特算子。因此，它示出了一个通用的电磁场分布可以扩展成一个完整的一组正常模式，满足广义正交关系。重要的是，色散系统中的模态展开不是唯一的，因为电磁自由度仅跨越整个希尔伯特空间的一部分。开发的理论是用来获得系统的格林函数的模态扩展。此外，它强调的色散麦克斯韦方程组的厄米型配方，使人们能够扩展到广泛的电磁系统的拓扑光子学的强大的想法，并表征电磁拓扑相位。此外，我们说明了如何开发的形式主义可以应用到量子光学。本文提出了一种简单的方法，计算了一般双各向异性非互易腔中的电磁场，并导出了电磁场的量子关联。
2019-01-09 physics.optics
Modal approach for tailoring the absorption in a photonic crystal membrane
在本文中，我们提出了一种方法来定制的吸收在光子晶体膜。为此，我们首先应用时域耦合模理论，这样的亚波长膜，并证明，即使是对称膜，如果涉及简并模式，也可以达到100%的共振吸收。然后从该模型中导出设计规则，以调整吸收。随后，使用时域有限差分模拟作为概念证明，并在具有对应于非晶硅在约720 nm处的光学指数的高折射率的低吸收材料（消光系数=10-2）上进行。这样做，获得了85%的共振吸收，这明显高于通常报道的50%最大值。最后对这些结果进行了理论分析和验证，以便将我们的方法推广到其他材料、结构和应用中。
2013-06-17 physics.optics
Full-vector analysis of a realistic photonic crystal fiber
利用一种新的全矢量模式技术，即基于光纤中电磁波传播的非自伴特性的双正交模式方法，分析了实际光子晶体光纤中的导光问题。计算了不同光纤结构参数下导模的色散曲线和基模的二维横向强度分布。我们的结果与最近的实验结果相匹配，这些实验表明了这种类型纤维的可行性。
1998-07-07 physics.optics
Quasinormal mode solvers for resonators with dispersive materials
光学谐振腔在现代光子学中有着广泛的应用。它们的光谱响应和时间动力学基本上是由它们的自然共振驱动的，即所谓的具有复频率的准正规模式（QNM）。对于由色散材料制成的光学谐振腔，QNM计算需要求解非线性本征值问题。这引起了一个在文献中几乎没有记载的困难。我们回顾了我们最近为实现高效且准确的QNM求解器所做的努力，以计算和规范化由高度分散材料制成的微米和纳米谐振器的QNM。我们基准的三种几何形状，一个二维的等离子体晶体，一个二维的金属光栅，和一个三维的纳米贴片天线的金属基板上的几种方法，在角度来阐述标准的计算谐振模式。
2018-11-28 physics.comp-ph physics.optics
Rigorous electromagnetic quasinormal-mode method made easy for users
LP2N, CNRS, IOGS, Université Bordeaux（波尔多大学）；Institute of Modern Optics, College of Electronic Information and Optical Engineering, Nankai University（南开大学）
本文提出一种简化准正常模计算的方法，通过结合数值技术与准确近似，实现超快重建，使熟悉实频方法的用户能轻松应用。
2026-02-20 physics.comp-ph physics.optics
Quasinormal coupled-mode analysis of dynamic gain in exceptional-point lasers
针对奇异点激光器中动态粒子数反转引起的自调制现象，提出微扰耦合模分析框架，将动态增益转化为谐振模式解释，以探索时变散射等独特性质。
2024-12-16 physics.optics
Physically Agnostic Quasinormal Mode Expansion in Time Dispersive Structures:from Mechanical Vibrations to Nanophotonic Resonances
本文提出一种物理无关的色散系统准正规模式展开方法，将六十年前的力学技术推广到光子学，可集成于非线性特征值计算库。
2024-10-04 physics.comp-ph physics.optics
Spectral Mixing, Skin Localization, and Linear Optical Response in Dissipative Photonic Lattices
Universiti Malaya（马来亚大学）
研究有限耗散Hatano-Nelson光子晶格的线性光学响应，利用双正交格林函数分解响应，分析损耗、周期性边界光谱缠绕、 onsite无序对模式分布的影响，确定有限尺寸交叉点，适用于多种线性光子平台。
2026-08-11 physics.optics
Modal expansions in periodic photonic systems with material loss and dispersion
研究了由有耗和本征色散材料组成的周期光学系统的能带结构特性。为此，我们开发了一个分析框架的基础上的伴随模式的有损耗的周期性电磁系统，并显示如何线性相关的本征模的存在下，材料色散的问题可以克服。然后，我们制定的能带结构导数$(\partial ω) / (\partial \mathbf{k})$（复群速度）和横向光学态的局部和总密度的表达式。我们的精确表达式适用于具有任意色散特性的材料的3D周期性阵列，并且通常需要进行数值计算。它们可以推广到具有两个、一个或没有周期性方向的系统，只要场沿非周期性方向局部化。可能的应用是光子晶体、超材料、由诸如金属或无损光子晶体的高度色散材料构成的超表面、与诸如2D材料中的量子点或激子的共振扰动强耦合的超材料或超表面。为了说明的目的，我们分析评估我们的表达式，一些简单的系统组成的无损耗与一个尖锐的洛伦兹材料共振。最后，我们展示了如何与尖锐的共振周期系统的扰动修改的能带结构。通过结合几个洛伦兹极点，这提供了一个途径，微扰处理相当普遍的材料损耗带的光子晶体。
2018-01-12 physics.optics
Green's function expansion for multiple coupled optical resonators with finite retardation using quasinormal modes
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Queen’s University（女王大学）
本文提出一种高效计算多腔系统电磁格林函数的方法，基于准正常模和有限迭代步骤，适用于任意形状和损耗的开放腔体，适用于双极子耦合系统。
2026-02-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Camera detection and modal fingerprinting of photonic crystal nanobeam resonances
我们在模拟和实验中证明，在光子晶体纳米梁（PCN）腔的谐振模式的面外，远场散射轮廓可以用来识别谐振模式的顺序。通过用红外相机检测共振散射光，可以实验测量光学共振模式与k空间的泄漏区域之间的重叠。与泄漏区域的模式阶数相关的重叠使得能够使用共振散射作为“指纹”，通过该“指纹”，可以经由远场中的检测来识别纳米光子结构中的共振模式。通过选择性地观察PCN腔区域附近的发射，可以在空间上隔离器件的谐振散射分布，并且可以显著降低由传输线中的其他元件引入的信号噪声，从而提高谐振检测的信噪比（SNR）。这项工作表明，在面外散射测量面内传输测量的SNR增加约19 dB。这里展示的能力可以应用于改善具有模式依赖性空间场分布的纳米光子器件的特性，并增强这些器件在各种应用中的实用性。
2019-03-14 physics.optics
A general framework for knowledge integration in machine learning for electromagnetic scattering using quasinormal modes
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出基于准正常模展开的电磁散射物理信息神经网络框架，通过约束神经网络模型以提高数据效率和可靠性，适用于光子晶体膜和全介质自由形超材料。
2026-04-13 physics.comp-ph physics.optics
Photonic Modes Prediction via Multi-Modal Diffusion Model
本文提出利用多模态扩散模型，结合CLIP与Stable Diffusion，从光子结构信息高效预测并生成对应光场模式，以替代计算量大的麦克斯韦方程求解。
2024-02-23 physics.comp-ph physics.optics
Modal theory of modified spontaneous emission for a hybrid plasmonic photonic-crystal cavity system
我们提出了一个分析模式描述的丰富的物理混合等离子体-光子器件，证实了麦克斯韦方程组的全偶极解。预测了耦合到这些混合结构的量子偶极发射体的自发发射衰减率具有很强的频率依赖性。特别是，它示出的Fano型共振实验报告的混合等离子体激元系统中，从一个非常大的干扰之间的主导准正规模式的系统在感兴趣的频率范围内。所提出的模型形成了一个有效的基础，在这些复杂的混合系统中的量子光-物质相互作用的建模，也使非辐射耦合损耗的定量预测和理解。
2016-06-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlocal quasinormal modes for arbitrarily shaped three-dimensional plasmonic resonators
非局域效应已经被证明是负责各种非平凡的光学效应在小尺寸的等离子体纳米粒子，超越经典电动力学。然而，目前尚不清楚光学模式的描述是否可以应用于这种极端的限制制度。在这里，我们提出了一个强大的和直观的准正规模式描述的三维等离子体纳米谐振器的非局部光学响应。等离子体纳米谐振器的非局部流体动力学模型和广义非局部光学响应模型被用来构建一个直观的模态理论，并比较本地Drude模型响应理论。使用金纳米棒的例子，我们展示了一个有效的准正规模式图片是如何能够准确地捕捉蓝移的共振，较高的阻尼率在等离子体纳米谐振器，和修改后的等离子体准正规模式的空间分布，即使在单模水平。我们通过计算单个量子发射体的Purcell因子、电子能量损失谱空间图以及场驱动量子点的Mollow三重态谱来验证该理论的使用，其中场驱动量子点具有和不具有不同尺寸的纳米谐振器的非局域效应。我们的非局域准正规模理论提供了一个可靠和有效的技术来研究经典和量子光学问题的纳米等离子体激元。
2017-11-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
A continuous family of Exact Dispersive Quasi-Normal Modal (DQNM) Expansions for dispersive photonic structures
在光子学中，色散准正常模式（DQNM）是指光学谐振模式，与麦克斯韦方程组相关的光谱问题的解决方案，用于涉及色散介质的开放光子结构。由于这些DQNM是决定光学响应的成分，因此研究DQNM展开形式是模拟所考虑系统的物理性质的关键。在本文中，我们强调的非唯一性的扩展有关的一组模式的过完备性，并讨论了家庭的DQNM扩展依赖于连续参数，可以自由选择。这些扩展可以应用于色散，各向异性，甚至非互易材料。作为一个例子，我们特别展示了模式分析的2-D散射模型，其中的介电常数的硅对象是直接从实际测量数据。
2020-07-01 physics.comp-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
Bridging high-Q and Kerr-nonlinear photonics using modal phase matching
National Institute for Standards and Technology（国家标准与技术研究院）；Whiting School of Engineering, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学惠廷工程学院）；Beacon Photonics（灯塔光子学）；Joint Quantum Institute, NIST/University of Maryland（NIST/马里兰大学联合量子研究所）
本文提出模态相位匹配方法，在氮化硅平台上实现高Q值Kerr微谐振器，解耦Q值与色散，实现高效参量振荡及宽波段波长产生。
2026-09-15 physics.optics
Integrated Photonic Functions Using Anisotropic 2D Material Structures
基于二维材料的等离激元波导能够形成限制在几层材料周围的导模，是用于光子器件小型化的有前途的等离激元平台。尽管如此，这样的波导支持在波导芯中瞬逝的模式，其中大部分场集中在波导边缘周围，这与由3D电介质波导支持的模式不同，在3D电介质波导中，模式场具有振荡性质并且在中心处达到峰值。因此，可以在基于全内扩散模式的3D电介质波导内实现的许多光子器件和功能不能使用基于2D材料的等离子体结构来实现。在这项工作中，我们提出并演示了如何利用二维材料中的各向异性来定制二维材料波导支持的模式场。通过调节构成2D材料的材料吸收，这些2D模式的模式场可以被定制为围绕波导中心定位，这进而可以提高使用2D材料的基于耦合的光子功能的效率，从面内多模干涉耦合器到面外光辐射。使用诸如黑磷的天然各向异性2D材料，这些关键功能可以扩展通常在3D光刻中但使用2D材料实现的现有设备能力，从而允许实现2D等离子体电路而不需要依赖于3D层。
2021-12-14 physics.optics
Photonic and plasmonic guiding modes in graphene-silicon photonic crystals
我们报告了在纳米结构硅衬底上大面积化学气相沉积生长石墨烯的等离子体激元和光子导模的系统研究。石墨烯与衬底光子晶体中的光相互作用可以根据光子晶体晶格常数和各种模式波长（即等离子体、光子和自由空间）分为四种不同的机制。通过优化衬底的设计，这些谐振模式可以放大石墨烯在红外波长的吸收，用于硅光子平台上的高效调制器、滤波器、传感器和光电探测器。
2015-04-20 physics.optics
Modal analysis using photonic lanterns coupled to arrays of waveguides
本研究提出一种基于光子灯笼与周期倏逝耦合波导阵列的集成光学组件，可通过功率关系求逆得到多模波导输入模态的复振幅，可用于高功率光纤激光器模态不稳定性的实时测量。
2019-03-12 astro-ph.IM physics.optics
Theory of diffraction for 2D photonic crystals with a boundary
我们扩展了一组平行纤维的衍射模式理论来处理硬边界的情况：这是一个结构，例如空气孔内的电介质矩阵。数值例子给出了一些共振现象。
2001-06-06 physics.optics
Single-mode photonic crystal fiber with an effective area of 600 square-micron and low bending loss
研制了一种单模全硅光子晶体光纤，其有效面积为600平方微米，具有低弯曲损耗。该光纤的特征在于衰减、色散和模式特性。
2003-11-14 physics.optics
Efficient near-field to far-field transformations for quasinormal modes of optical cavities and plasmonic resonators
我们描述了一个有效的近场到远场的光学准正规模式，这是开放腔和等离子体谐振器的耗散模式与复杂的本征频率的转换。作为理论的应用，我们展示了如何计算谐振腔外的储层模式（或正则化准正规模式），这在经典和量子光学中都是必不可少的。我们随后演示了如何有效地计算量子化准正规模式理论中所需的量子光学参数[Franke等人，物理修订信函122，213901（2019）]。为了确认我们的技术的准确性，我们直接比较与戴森方程的方法，目前在文献中使用的（在政权，这是可能的），并证明了几个数量级的改进计算运行时间。我们还介绍了一个有效的极点近似计算的量化准正规模式参数，因为它们需要在一个频率范围内的积分。使用这种方法，我们展示了如何计算正则化的准正规模式和量子光学参数的完整的三维金属二聚体在一分钟内在一个标准的台式计算机上。我们的技术是通过研究金属二聚体和混合结构的准正规模式的光子晶体梁顶部的金二聚体。在后一个例子中，我们展示了如何计算描述明显的Fano共振的量子光学参数，使用Dyson方程方法实际上无法解决的结构几何形状。所有的自发发射率的计算证实与麦克斯韦方程组中的全偶极子计算，并被证明是在良好的协议。
2019-12-17 physics.comp-ph physics.optics physics.plasm-ph
Efficient second-harmonic emission via strong modal overlap in single-resonant lithium niobate nanocavity
该研究在LNOI平台上实现了高Q单谐振光子晶体纳米束腔，通过优化模式重叠获得163%/W的SHG效率，较以往提升三个数量级，且热稳定性达20°C，适用于量子光学与芯片互连。
2025-03-26 physics.optics
High efficiency coupling of free electrons to sub-$λ^3$ modal volume, high-Q photonic cavities
本研究设计并实验验证了模体积小于$λ^3$的高Q因子硅光子晶体狭缝腔，实现了100 kV自由电子与准TE模式的高效耦合，单电子产生光子概率达3.2%，为自由电子量子纳米光学应用提供了优秀平台。
2023-07-28 physics.optics
Modal Analysis of photonic and plasmonic resonators
准简正模（QNM）在光子学中无处不在，并被广泛应用于各种应用中，但确定这些模式仍然是一项艰巨的任务。在这里，我们表明，通过利用麦克斯韦方程组的结构，可以有效地计算光子和等离子体纳米谐振器的QNM。麦克斯韦方程组的对称性允许通过Lanczos还原过程还原到小阶系统，通过该过程可以识别主导QNM。一个封闭形式的量子发射体的自发衰变（SD）率的降阶模型也得到了，它不需要一个先验的QNM扩展的字段。该模型是参数化的波长和字段扩展在主导QNM后验确定。我们证明和验证，QNM的开放谐振器和SD率的量子发射体的准确预测。
2019-10-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantization of optical quasinormal modes for spatially separated cavity systems with finite retardation
本文提出基于准正规模式的多腔量子化方案，通过定义定量判据判断独立或联合量子化的适用性，并以介电平板和金属纳米棒二聚体验证，实现用单腔参数高效处理多腔耦合现象。
2024-09-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Mode-Selective Photonic Lanterns with Double-Clad Fibers
本文提出使用双包层光纤设计制作模式选择光子灯笼，通过定制拉制光纤实现对称性破缺以激发高阶模，在保持单模兼容性的同时实现了高模态隔离与低损耗，并提升了组件的坚固性。
2024-10-30 physics.optics
Hybrid Epsilon-Near-Zero Modes of Photonic Gap Antennas
我们证明，在光子带隙天线的ε近零（ENZ）层嵌入在一个高折射率的电介质，混合模式出现从ENZ薄膜和介质天线的光子模式之间的强耦合。这些混合模式表现出巨大的电场增强，大的增强远场自发发射率和单向辐射响应。我们分析了父母和混合模式，使用准正规模理论，发现杂交可以很好地理解使用耦合振子模型。在平面波照射下，混合ENZ天线可以聚集具有比入射波高100倍的电场幅度$\sim$的光，这使它们与最好的等离子体天线不相上下。此外，天线热点处偶极子的远场自发发射率达到自由空间的$\sim$ 2300，具有近乎完美的单向辐射。
2021-07-21 physics.app-ph physics.optics
Enhanced response of non-Hermitian photonic systems near exceptional points
本文从理论和数值上研究了非厄米共振光子系统在两个本征模合并的例外点（EP）附近的响应特性。结果表明，EP附近的系统可以表现出非洛伦兹频率响应，其线的形状和强度强烈依赖于模式衰减率和耦合参数的输入波，不同于一个正常的洛伦兹响应周围的一个单一的共振。特别是，它示出的频率响应的峰值强度是成反比的模式衰减率的四次方，并可以显着增强与光增益的帮助。理论结果通过一个带增益微腔的全波模拟得到了数值验证。此外，还讨论了非线性增益饱和和自发发射的影响。响应增强和它的参数依赖性可能是有用的设计和控制本征模的激发外磁场。
2018-03-28 physics.optics
Self-referenced, drift-tolerant dipole-resolved population inversion using degeneracy-lifted dual quasinormal modes
Laboratory of Integrated Opto-Mechanics and Electronics, School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学光电信息与计算机工程学院集成光机电电子实验室）
通过双通道自参考方案，利用退化提升的双准正常模实现抗漂移的双极子解析人口倒置，无需外部绝对校准。
2026-02-19 cond-mat.quant-gas physics.optics
