Tutorial: Macroscopic QED and vacuum forces
本教程介绍了宏观QED理论，其中发现了一个哈密顿量，表示与色散，耗散材料相互作用的电磁场。以一维理论为基础，我们建立了更为繁琐的三维理论。然后考虑这个理论的扩展到移动的材料，其中材料响应的变化，由于多普勒效应和混合的电和磁响应，它表明，一个免费得到的量子电磁力的理论。最后，我们应用宏观QED再现Pendry的滑板之间的量子摩擦力的表达式。
2022-02-17 physics.optics quant-ph
Parity-Time Symmetry and Exceptional points: A Tutorial
不能用厄米哈密顿描述的系统的物理近年来一直吸引着人们的极大关注，这是由于它们的非平凡响应以及传感，激光，能量转移/收获，拓扑和量子网络的大量应用。电磁学本质上是一个非厄米特研究领域，因为所有材料都是有损耗的，损耗和增益分布可以通过各种机制控制，并且底层系统对辐射开放。因此，非厄米物理学的最新发展为与天线和传播社区相关的广泛的基础研究和工程应用提供了令人兴奋的机会。在这项工作中，我们提供了一个教程，旨在介绍非厄米特系统中出现的不寻常的电磁现象，特别强调这些系统的一个子类，遵守宇称时间（PT）对称性。我们将讨论这个主题背后的基本概念，并探讨它们对各种现象的影响。我们首先讨论了应用于电磁和量子力学现象的P、T和PT算符的基本特征。然后，我们讨论了PT对称电磁结构的奇异响应及其机会，特别注意奇异点，称为例外点，出现在这些系统中，以及它们不寻常的散射响应。
2021-03-15 physics.optics
Analysis of Super-resolution Single Molecule Localization Microscopy Data: a tutorial
本教程综述了超分辨单分子定位显微镜（SMLM）数据处理与后处理的最新进展，介绍了SMLM突破光学衍射极限的原理及图像处理的关键作用。
2021-12-11 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.optics
General analytical solution for the electromagnetic grating diffraction problem
在电磁光栅衍射问题中应用模态法，通过曲线坐标变换，得到了一维光栅衍射问题的T矩阵形式的一般解析解。同时，它表明，瑞利展开的有效性定义的有效性的模式展开在变换介质中传递的坐标变换。
2017-07-31 math-ph math.MP physics.class-ph
Diffraction of Electromagnetic Waves
本文发展了由标量表示求麦克斯韦方程组解的一般方法，并将其应用于电磁波的衍射问题。基尔霍夫积分的修改，以提供明确的表达式，这些代表。然后使用二维固定相方法评估相应的积分。迄今为止未知的公式的偏振出现，以及通过衍射成像。给出了描述圆形光阑后的菲涅耳衍射的公式。
2010-02-02 physics.hist-ph physics.optics
Electromagnetic diffraction by a circular cylinder with longitudinal slots
本文提出了一种研究平面电磁波对无限薄无限长导体圆柱绕射的方法。它是基于使用的组合边界条件的方法，包括在一个单一的方程中表达的电场和磁场的切向分量的连续性。这种方法被证明是非常有效的这类问题，并导致快速数值代码。
2001-04-25 physics.optics
Analytical solution for the diffraction of an electromagnetic wave by a graphene grating
提出了一种平面电磁波在调制石墨烯片上衍射的解析方法。同时考虑了界面张力和电导率的周期性变化。给出了任意衍射级的反射、透射、吸收和变换系数的显式表达式。得到了光栅中石墨烯等离子体激元的色散关系和衰减率，并导出了第一布里渊区边缘附近带隙的简单解析表达式。找到了电导率光栅的最佳振幅和波长，保证了入射光与石墨烯等离子体激元的最佳匹配。分析结果与第一性原理数值模拟结果吻合较好。
2013-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Refraction and Diffraction of Waves in Electromagnetic (Photonic) Crystals Formed by Anisotropically Scattering Elements
本文讨论了波在天然晶体和由各向异性散射中心形成的人工晶体中的折射和波的衍射。通过实例详细研究了电磁波在由平行线构成的二维光子晶体中的折射。导出了真空中单根细丝散射各向异性时，细丝（晶体中）对波散射的有效振幅的表达式。已经确定，对于具有正交偏振的波，与具有平行偏振的波不同，由金属线构建的晶体中的折射率可以大于1，并且瓦维洛夫-切伦科夫辐射在其中成为可能。在真空中单中心散射为各向异性的情况下，导出了描述波在晶体中的动态波的衍射的方程组。因为一个最一般的方法被应用到描述的散射过程中，从而获得的结果是有效的，为广泛的情况下，而不限于电磁波或晶体从线程。
2012-05-29 physics.acc-ph physics.optics
Generic full-vector angular spectrum method for calculating diffraction of arbitrary electromagnetic fields
提出一种全矢量角谱方法，通过精确建模偏振投影规则并修正纵向电场投影，实现任意电磁场衍射的快速精确计算，在旋转对称系统中达到秒级速度。
2025-05-20 physics.optics
Analytical method for the diffraction of an electromagnetic wave by subwavelength graphene ribbons
石墨烯带阵列由于其在分束器、吸收器和偏振器中的潜在应用而引起了人们的极大兴趣。本文提出了一种分析石墨烯带阵列衍射的解析方法。以前的分析研究中进行的制度，其中带之间的横向分离远小于入射波的波长。因此，它们不能用于计算更高衍射级的反射系数。相比之下，这里提出的方法可以预测石墨烯带阵列的电磁响应，即使当阵列常数大于波长。为了达到我们的研究结果，我们首先推导出一个解析表达式的电流的表面密度的带状物上的入射，横向磁（TM），平面波。其次，得到了零级和更高衍射级反射系数的解析表达式。计算结果与全波模拟结果吻合得很好。该方法为可调谐光栅的设计提供了方便，在太赫兹和光学领域具有广泛的应用前景。
2020-10-31 physics.optics
Electromagnetic Composites: from Effective Medium Theories to Metamaterials
电磁复合材料由于其灵活的电磁性能和广泛的工程应用前景，引起了人们极大的兴趣。因此，有必要系统地了解控制电磁复合材料的物理机制和设计原则。在本教程中，我们首先概述了电磁学的基本理论，电磁本构参数可以代表材料的电磁特性。我们展示了如何让这个语料库的有效介质理论的一致建设，并允许EM复合材料的数值模拟处理的结构-性能关系。然后，我们讨论了复合材料的电磁特性，这还没有系统地说明在这个跨学科的主题的背景下，在材料介质中的形状的夹杂物的空间分散的影响。接下来，人工复合材料或超材料的特殊性质，不容易在自然界中突出，特别强调的EM与复合材料的相互作用的控制。最后，我们讨论适当的方法，电磁测量和实际方面实施复合材料的具体应用进行了说明。总的来说，本教程将服务于介绍电磁复合材料的基础知识和应用，在这个领域的新人的目的。同时也期待着来自不同背景的研究人员，包括材料科学，光学和电气工程，可以用同一种语言相互沟通，在处理这个交叉学科，并进一步推动这一进步从基础科学到技术应用。
2022-05-14 physics.app-ph physics.optics
Electromagnetic wave diffraction by periodic planar metamaterials with nonlinear constituents
我们提出了一个理论，它解释了如何实现一个增强的非线性效应，在一个薄层的非线性介质，涉及一个平面周期性结构专门设计承担陷波模式共振制度。特别地，示出了非线性薄超材料在相对低的输入强度下由于陷波模式谐振的大品质因数而产生超材料响应的可能性。此外，一个简单的设计，全介质低损耗硅基平面超材料，可以提供一个非常尖锐的谐振反射和传输。所设计的超材料被设想用于与泵浦的活性介质聚集，以实现量子点发光的增强，并产生“激光痉挛器”的全电介质模拟物。
2014-11-09 physics.optics
Physics-informed neural networks and neural operators for a study of EUV electromagnetic wave diffraction from a lithography mask
Department of Radiophysics, University of Nizhny Novgorod（辐射物理系，尼日尼诺夫戈罗德大学）
本文提出混合波导神经算子WGNO，将波导方法中计算最昂贵的部分替换为神经网络，用于求解EUV光刻掩模衍射问题，在2D和3D掩模上实现最先进精度与推理速度。
2025-07-05 cs.AI cs.LG cs.NA
Electromagnetic Grazing Anomaly: Energy Flux Resonance Behaviour and Brewster Angle Analogy
对于高对比度界面，详细考虑了电磁波在表面周期结构上的衍射，并伴有不同衍射级的强反常效应。我们限制我们的讨论，以TM偏振的入射波（磁场是正交的入射平面）和最简单的几何形状时，入射平面正交的光栅槽。最大的注意力集中在强烈的极大值和极小值的能量通量密度伴随着特定的掠射传播的一些衍射级。与其他异常，瑞利和共振的关系进行了讨论。
2019-07-30 cond-mat.other physics.optics
Spatio-temporal characterization of ultrashort laser beams: a tutorial
超快激光脉冲的时间特性已经成为超快光学实验室的基础能力，并且对于优化激光脉冲持续时间和设计定制场都是常规的。除了纯粹的时间表征之外，时空表征提供了对激光脉冲的空间变化的时间特性的更完整的测量。这些所谓的时空耦合（STC）通常是不可分离的色差，其可以由非常常见的光学元件（例如由色散材料制成的衍射光栅和厚透镜或棱镜）引起。在本教程中，我们将介绍STC并详细了解它们的行为，以便掌握背景知识，同时也为表征设备的设计提供信息。然后，我们概述了广泛的时空表征技术，以期提到大多数技术，但也提供了一些选择的方法更详细。目的是为该领域的新手提供各种技术的参考和比较。最后，我们讨论了时空数据的分析和可视化的细微差别，这是超快脉冲表征的一个经常被低估和重要的部分。
2020-07-08 physics.optics
Reservoir-controlled electromagnetically induced gratings in a weakly driven two-level medium
Abbottabad University of Science and Technology（阿伯塔巴德科学与技术大学）；P. J. Šafárik University（P.J.萨法里克大学）；Government College University（政府学院大学）；Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM)（基础科学研究所）
研究弱驱动二能级介质中电磁感应光栅的传输与衍射，通过工程化量子储层（热库、压缩真空库）调控探针光响应，实现衍射效率与方向性的主动控制。
2026-06-15 physics.optics quant-ph
Sub-diffraction Focussing using Quadratic Measure Eigenmodes
一个多世纪以来，衍射理论一直被认为限制了光学领域中聚焦和成像的分辨率。可实现的最小光斑的大小与可用的空间波矢的范围成反比。在这里，我们表明，它是可能的本地击败衍射极限的效率为代价。该方法基于麦克斯韦方程组的线性，并且光与其周围环境之间的相互作用可以被认为是相对于电磁场的二次性质。我们将强度和光斑尺寸表示为具有相关本征模的二次测量。使用动态衍射光学元件，我们证明光学聚焦到小于衍射极限的4倍的区域。通用方法可以应用于与可以用二次形式表示的电磁场的线性和可测量性质有关的许多物理现象。
2010-04-28 physics.optics
Interplay between diffraction and the Pancharatnam-Berry phase in inhomogeneously twisted anisotropic media
本文讨论了非均匀各向异性材料中电磁场的传播，其中光轴在横向平面内旋转，但沿传播方向不变。在这样的配置中，电磁波包的演化由潘查拉特南-贝里相位（PBP）控制，负责有效光子势的出现。在最近的一篇论文[A。Alberucci等人，“Electromagnetic confinement via spin-orbit interaction in anisotropic bonding”，ACS Photonics \textbf{3}，2249（2016）]，我们证明了有效势支持横向限制。在这里，我们发现的准模式的轮廓，并表明，光子势产生的Kapitza效应的光。数值模拟证实了理论结果，占介质双折射。最后，我们详细分析了能够支持非泄漏导模的配置。
2017-03-06 physics.optics
Multi-wave-mixing-induced nonlinear effects in an electromagnetically induced grating
我们提出了一个多场耦合原子模型，表现出可控的$symmetric$和$asymmetric$的演化显着增强衍射峰在远场制度的光原子光栅。这些结果是通过在封闭的四能级原子系统中，由于多波混频引起的空间调制相干性的改变，衍射峰强度的线性和非线性调制而得到的。新颖的结果在于预测超对称排列的衍射峰由于占主导地位的振幅部分的光栅传递函数在精确的原子场共振的条件下，这是唯一的本模型。本方案的有效性在于将其应用于四波混频诱导的空间调制相干效应控制产生非线性光。这项工作也发现它的重要性，其在高精度原子光刻领域的适用性。
2020-04-29 physics.optics
Diffraction as a Consequence of Faraday's Law
本文考虑线偏振电磁波入射到具有边a为正方形孔径的不透明屏上。法拉第定律应用于平行于屏幕的回路，在远离源的一侧，表明波必须有纵向分量。纵向场与横向场之比是衍射角的量度。
2000-04-10 physics.optics
Accurate expansion of cylindrical paraxial waves for its straightforward implementation in electromagnetic scattering
矢量波场的计算可以通过绕射积分、微分方程和级数展开来精确地进行。在本文中，贝塞尔级数展开的基础上依赖于亥姆霍兹方程在柱坐标系中的精确解，从理论上开发的简单而准确的描述低数值孔径焦波。这种方法的有效性证实了明确的应用高斯光束和光阑聚焦场在傍轴制度。最后，我们讨论如何我们的程序可以顺利地实施散射问题。
2017-05-24 physics.class-ph physics.optics
Computing diffraction anomalies as nonlinear eigenvalue problems
当平面电磁波撞击在衍射光栅或其他周期性结构上时，反射波和透射波在不同的辐射通道中远离该结构传播。当一个或多个辐射通道中的出射波消失时，就会发生衍射异常。零反射、零透射和完全吸收是衍射异常的重要例子，它们对于操纵电磁波和光是有用的。由于衍射异常只出现在特定的频率和/或波矢，并可能需要调整的结构或材料参数，他们是相对难以找到的标准数值方法。可以使用迭代方法，但需要良好的初始猜测。为了确定给定频率间隔中的所有衍射异常，需要重复求解许多频率的衍射问题。本文发展了一种计算绕射异常的有效数值方法。该方法依赖于散射异常的非线性本征值公式，并通过轮廓积分法求解非线性本征值问题。数值例子涉及周期性阵列的圆柱来说明新的方法。
2022-06-24 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Electrons diffraction scattering on a traveling wave - "Inelastic Kapitza-Dirac effect"
本文考虑了电子弹性（Kapitza-Dirac效应）和非弹性衍射效应对不同类型的慢电磁波结构/光栅的影响。从统一的观点出发，按时间顺序分析了近四十年来这方面的主要工作，指出了诱导切伦科夫过程、康普顿过程和波荡器/摇摆器过程的本质特性。这篇综述文章的另一个目的是解决与最近发表的论文[6]有关的科学文献中的混乱，该论文涉及电介质中行波上的电子衍射。
2016-03-01 physics.optics
Physics-Informed Neural Systems for the Simulation of EUV Electromagnetic Wave Diffraction from a Lithography Mask
Department of Radiophysics, University of Nizhny Novgorod（尼日尼诺夫戈罗德大学无线电物理系）
本文提出了一种基于波导方法的混合波导神经运算符（WGNO），用于解决EUV电磁波衍射问题，通过对比PINNs和NOs与现代数值求解器的精度和速度，证明了其在13.5nm和11.2nm波长下的高效性。
2026-03-17 cs.AI cs.LG physics.app-ph
Double-resonant extremely asymmetrical scattering of electromagnetic waves in periodic arrays separated by a gap
两个强烈的同时共振散射-双共振极不对称散射（DEAS）-预测在两个平行的，倾斜的，周期性的布拉格阵列分开的间隙，当散射波平行于阵列传播。这些共振之一是相对于频率（这是常见的所有类型的布拉格散射），另一个是相对于阵列之间的相位变化。散射波的衍射发散被证明是DEAS在所考虑的结构中的主要物理原因。虽然阵列是分开的，它们被示出相互作用的衍射发散的散射波跨越间隙从一个阵列到另一个。它还表明，增加两个阵列之间的分离的结果在一个更广泛和更弱的谐振相对于相移。分析是基于最近开发的新方法，允许阵列内外的散射波的衍射发散。物理解释的DEAS分离阵列的预测功能。适用条件的理论推导。
2003-10-02 physics.optics
Electromagnetic Hyper-Lift: optical nano-tweezers with hyperbolic materials
本研究提出利用圆柱双曲材料的自动聚焦效应构建光学纳米镊子，以突破衍射限制，实现纳米级粒子操控并显著提升电磁力、降低照明强度。
2025-07-25 physics.app-ph physics.optics
Phase Reversal Diffraction in incoherent light
电磁波在负折射介质或相位共轭界面中传播时会发生相位反转。本文报道了在没有上述装置的情况下，对反相衍射的实验观察。我们的实验结果和理论分析表明，通过混沌光场的一阶场关联，可以形成反相衍射。实验实现类似于负折射介质中的相位反转行为。
2009-08-11 physics.optics quant-ph
Light trapping within the grooves of 1D diffraction gratings under monochromatic and sunlight illumination
本文用瑞利-模态法计算了理想导电矩形一维衍射光栅槽内的电磁场。引入\emph{enhancement coefficient}（$η$）以便量化这样的能量集中。因此，$η>$ 1意味着在凹槽内存在的电磁能量的量大于在相同体积上如果衍射光栅被完全反射镜代替时将具有的电磁能量的量。本文的结果表明，在某些波长范围内，$η$可以大到几十年。然而，在太阳光照射下，它减少到约20%。在后一种情况下，当槽$dn$之间的\textit{optical spacing}大于500 nm时，获得这样的值，其中$d$是槽间距，而$n$是槽内物质的折射率。对于小于500 nm的$dn$，增强系数变得可忽略不计地小。
2011-04-01 physics.ins-det physics.optics
Spatial bandlimitedness of scattered electromagnetic fields
在这篇教程论文中，我们考虑有界二维介质目标的电磁散射问题，并讨论了散射场的一些有趣的性质。使用电场积分方程，随着技术的傅立叶理论和贝塞尔函数的属性，我们显示解析和数值，在横向电极化的强度的情况下，散射场是空间带限。此外，我们推导出一个上限的入射角的数量是有用的约束条件，在反问题设置（确定介电常数给定的测量散射场）。我们还表明，上述结果是独立的散射对象的介电特性，只依赖于几何形状。虽然这些结果已经在文献中使用功能分析的框架，我们的方法是概念上更容易。这些结果对反问题的影响进行了讨论。
2015-07-07 physics.comp-ph 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
Logarithmically complex rigorous Fourier space solution to the 1D grating diffraction problem
本文利用张量列分解技术压缩标准离散化产生的冗余数据，实现了大周期多尺度一维光栅衍射问题的对数复杂度严格求解，突破了傅里叶空间方法的计算瓶颈。
2025-02-04 physics.comp-ph physics.optics
Diffraction of light by a planar aperture in a metallic screen
本文给出了Smythe [Phys.Rev.72，1066（1947）]公式的一个完整的推导过程，该公式给出了在一个理想导电平面上产生的孔所衍射的电磁场。的推理，有效的任何激励场和任何孔的形状，只使用自由标量的Helmoltz方程的格林函数没有任何参考的绿色并矢形式主义。我们比较我们的证明与以前由杰克逊和连接我们的推理一般惠更斯菲涅耳定理。
2010-02-05 physics.optics
Improving accuracy of the numerical solution of Maxwell's equations by processing edge singularities of the electromagnetic field
本文提出了一种方法，通过考虑楔形结构几何边缘附近电磁场的影响，提高频域Maxwell方程数值解的精度，加速收敛。本文以解析模态法和谱元法为例，讨论了将奇异性处理纳入求解二维结构中麦克斯韦方程组的方法中的几种算法。在实验计算中，我们使用了衍射光栅，证明了这种方法的精度和收敛速度都有显著的提高。在所考虑的情况下，谱方法的增强收敛从代数指数或接近指数观察。计算了光栅的衍射效率，由于折射率的特殊值，传统的方法无法收敛。
2021-05-21 physics.comp-ph physics.optics
Is the Rayleigh-Sommerfeld diffraction always an exact reference for high speed diffraction algorithms?
在光学和光子学的几个领域，如波传播、数字全息术、全息显微术、衍射成像、生物医学成像和衍射光学，电磁波的行为必须通过计算方法用衍射的标量理论来计算。基于快速傅立叶变换的这些高速衍射算法中的许多在原理上是瑞利-索末菲衍射（RSD）理论的近似。然而，为了研究它们的数值精度，它们应该与RSD进行比较和验证。所有的数值模拟原则上都是基于模拟连续场的采样。在这篇文章中，我们证明了一个新的有效性条件，以及RSD中的采样，这使得系统的处理RSD中的可能。我们显示的基本限制，由于这个条件和它的违反所造成的异常。我们还证明，通过低于阿贝分辨率限制的采样，可以完全消除这些限制。此外，我们提出了一个非常普遍的统一的方法，适用于RSD的有效域以外的正向和反向计算相结合。
2017-10-02 physics.optics
Sub-diffraction-limit Observation Realized by Nonlinear Metamaterial Lens
本文通过实验证明，在光源上覆盖一个薄的平板非线性透镜，通过测量光源在谐波频率处的近场分布或远场辐射，并计算傅里叶逆变换，获得亚波长成像，就可以实现亚衍射极限观测。特别是，由远场测量数据计算的亚波长图像显示出非常清晰的分辨率。由于包含有源元件的超材料在很弱的入射电磁功率下很容易表现出很强的非线性，因此本文提出的非线性透镜的应用在不久的将来将在提高亚波长分辨率方面具有重要潜力。
2009-05-03 physics.optics
Scattering Symmetries in Diffraction Gratings
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
本文研究了支持多衍射阶的衍射光栅的散射对称性，通过构建全局散射矩阵和空间对称操作的矩阵表示，推导出约束子散射矩阵的不变条件，用于计算由对称性和互易性约束的光栅散射系数。
2026-05-13 physics.optics
Diffraction of waves by screens (apertures in screens) with time-varying dimensions. Time-varying Kirchhoff's integral representation for moving boundaries
本文研究了电磁波在时变尺度屏（屏中的孔）上的衍射。得到了这种情况下的广义矢量基尔霍夫表示。它还表明，与精度高达v/c<<1的数量级的条款，散射波和瞬时功率的表达式可以从一个固定的情况下，通过取代屏幕尺寸的时间相关的参数（例如，时间相关的半径）为屏幕尺寸的常数参数（例如，屏幕半径）出现在描述静止情况的公式中。
2015-04-08 physics.optics physics.plasm-ph
Plane-wave scattering by self-complementary metasurfaces in terms of electromagnetic duality and Babinet's principle
本文从理论上研究了自互补超颖表面的电磁平面波散射。通过使用巴比涅的原理扩展到元表面与电阻元件，我们表明，频率无关的传输和反射实现垂直入射的圆偏振平面波到一个自互补元表面上，即使有衍射。接下来，我们考虑两类特殊的自互补元表面。我们发现，自互补的超颖表面与旋转对称可以作为相干的完美吸收体，和那些平移对称兼容的自互补可以分裂的入射功率相等，即使是斜入射。
2013-11-22 physics.optics
PyLlama: a stable and versatile Python toolkit for the electromagnetic modeling of multilayered anisotropic media
PyLlama是一个方便的Python工具包，用于计算任意多层线性介质的电磁反射和透射特性，包括各向异性的情况。依赖于$4 \times 4$ -矩阵形式主义，PyLlama不仅实现了传输矩阵方法，这是现有代码中最流行的选择，而且还实现了散射矩阵方法，该方法在所有情况下都是数值稳定的（例如，厚的、在掠入射角下的高度双折射的双折射结构）。PyLlama还旨在满足实际需求，允许用户轻松创建，编辑和组装层或多层域。在这篇文章中，我们提出了传输矩阵和散射矩阵方法的电磁理论，并概述了PyLlama的架构和主要功能。最后，我们验证了代码与可用的解析解比较，并通过模拟不同复杂性的介质来证明其多功能性和数值稳定性。详细的文档和教程在单独的用户手册中提供。Pylama的应用范围从光学元件的设计到极性晶体中极化激元效应的建模，再到生活世界中结构有色材料的研究。
2021-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Extremely asymmetrical scattering of electromagnetic waves in gradually varying periodic arrays
本文从理论和数值上分析了光栅振幅在非均匀条形周期布喇格阵列中的阶跃变化和渐变变化对体模和导模极不对称散射的影响。最近开发的一种新的方法的基础上津贴的衍射发散的散射波用于此分析。它表明，光栅振幅的大小的逐渐变化可能会改变EAS的图案显着，但不是根本上。另一方面，光栅中的相位变化可能导致一种全新类型的布拉格散射-双共振EAS（DEAS）。在这种情况下，两个强的同时共振（一个相对于频率，另一个相对于相位变化）的组合被预测发生在具有阶梯状相位和光栅振幅的逐渐幅度变化的非均匀阵列中。EAS和DEAS的公差，以小的光栅振幅逐渐变化的确定。这些类型的散射在非均匀阵列的主要特点是解释了阵列内外的散射波的衍射发散。
2003-11-28 physics.optics
Huygens-Fresnel principle: Analyzing consistency at the photon level
通常使用瑞利-索末菲衍射公式作为光子传播器被广泛接受，因为大量的实验证据表明它是有效的。然而，经典光学中电磁场的传播与光子的传播之间的直接联系，其中概率幅度的平方描述了光子检测的横向概率，这仍然是一个有待澄清的问题。我们使用电磁场量子化的形式主义和路径积分方法，其主要特点是它的分数傅里叶变换（FrFT）的相似性，开发了一个数学公式的光子传播。由于FrFT与菲涅耳衍射积分之间存在着密切的联系，我们证明了这种传播算子可以写成菲涅耳衍射，从而在光子水平上讨论了它相对于惠更斯-菲涅耳原理的基本性质。最后，我们进行了一个矩形狭缝光子计数实验，支持菲涅耳近似下的衍射现象表现为实际的经典极限的结果。
2018-06-22 physics.optics quant-ph
Controlling Electromagnetic Fields at Boundaries of Arbitrary Geometries
在新兴领域的可拉伸和顺应光子学的快速发展，需要在任意几何形状的超颖表面的边界条件的解析表达式。在这里，我们介绍了共形边界光学的概念：一种设计理论，确定设计师的输入和输出领域在这样的接口的光学响应。对于任何物体，我们都可以实现涂层，以实现奇特的效果，如光学错觉和异常衍射行为。这种方法适用于从传统折射光学到下一代可穿戴光学元件设计的广泛应用。这个概念可以推广到其他领域的研究，设计师接口与非平凡的几何形状遇到。
2015-09-21 physics.optics
3D Zeros in Electromagnetic Fields
我们提出了一个三维电磁场零点的研究，揭示其显着的特征，并提出了一个分类框架。这是光场中一般暗斑的一个特例，它将光的空间结构塑造成物质移动的、信息丰富的漩涡，逃脱了单分子成像的衍射极限，并可以捕获颗粒进行纳米级操作。传统的暗点在两个方面是二维的：局限于平面内，并具有非零的平面外场分量。我们专注于非傍轴场，三维暗点可以不稳定地存在于完全局部化的点上，在能量和动量的通量以及光的偏振纹理中留下独特的印记。通过这项工作，我们希望增强当前的暗点应用，或激发新的低维零不可能的应用。
2023-01-09 physics.optics
Electromagnetic scattering by a partially graphene-coated dielectric cylinder : efficient computation and multiple plasmonic resonances
本文提出一种基于傅里叶-贝塞尔展开和辅助边界条件的数值方法，高效求解部分石墨烯涂层介电柱体的电磁散射问题，并揭示了由表面模式引起的多重等离激元共振。
2022-06-20 physics.optics
A Green function method to study thin diffraction gratings
伍德在一个多世纪前首次观察到的衍射图案中的异常特征一直是许多实验和理论研究的主题。尖锐、狭窄的结构--以及它们有时与之相关的大共振--出现在光学和光子学的众多研究中。在本文中，我们提出了一种分析方法来研究衍射场的光学薄光栅，突出的nonanalyticities与异常。使用这种方法，我们可以立即以紧凑的符号推导出任何偏振的衍射场。虽然我们的方程是近似的，但它们完全尊重电磁场中的能量守恒，并描述了即使对于薄光栅也可能出现的入射场和衍射场之间的大能量交换。
2017-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum lithography by coherent control of classical light pulses
光学光刻和显微镜中的最小光斑通常受到衍射的限制。量子光刻术利用N个纠缠光子组之间的干涉，最近被提出以N倍的倍数击败衍射极限。在这里，我们提出了一个简单的方法来获得N光子与经典脉冲，激发一个狭窄的多光子跃迁的干涉，从而将“量子重量”从电磁场转移到光刻材料。我们展示了如何开发一个实用的完整的光刻方案，并通过实验证明了原子铷中的双光子干涉的基本原理，以获得超过衍射极限的焦斑。
2004-11-22 physics.atom-ph physics.class-ph physics.optics
Multiple Scattering of Waves in 3D Crystals (Natural or Photonic) Formed by Anisotropically Scattering Centers
本文考虑波在各向异性散射中心形成的三维晶体中的折射和波的衍射。用分波展开法研究了晶体中各中心对波的多次再散射效应。导出了晶体折射率的表达式。它表明，而不是散射矩阵的对角元素$\mathbf{T}$，出现在一个混乱的介质的折射率的表达式，导出的表达式包括反应矩阵的对角元素$\mathbf{K}$。在写描述晶体中波的动态波的衍射的方程时，考虑了这一事实。这些结果可能对研究有意义，例如，冷中子和光子在晶体、纳米晶体材料中的衍射，以及用于描述由各向异性散射中心形成的电磁晶体中的参数和衍射辐射。
2013-07-05 physics.optics
Interpretable and efficient contrast in scanning transmission electron microscopy with a diffraction grating beamsplitter
生物分子、二维材料和电磁场的有效成像取决于透射电子相位的恢复。我们展示了一种方法来测量相位扫描透射电子显微镜使用纳米制造的衍射光栅，以产生多个探测光束。测量的相位比没有离轴参考波的相衬扫描透射电子显微镜技术更可解释，并且分辨率可以超过离轴电子全息术。我们将此技术应用于纳米粒子、碳基底和电场的成像。实验中观察到的对比度与模拟中预测的对比度一致。
2018-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Edge diffraction and plasmon launching in two-dimensional electron systems
横向不均匀性对光的衍射的影响是近场研究纳米尺度现象，特别是表面波传播的重要过程。由于平面波方法的失败，这个过程的理论描述是非常具有挑战性的。在这里，我们提出和分析的电磁波衍射的线性结的二维电子系统（2DES）与不同的表面电导率。在结处的场是具有不同空间结构的三个分量的组合：自由场分量、非共振边缘分量和表面等离子体激元-极化激元（SPP）。我们找到了封闭形式的光子到等离子体激元转换效率的表达式的边缘是在SPP和入射波的电场的比例。特别地，对于金属和具有大阻抗的2DES之间的接触，转换效率可以显著地超过1。我们的研究结果可以被认为是第一步定量近场显微镜的非均匀系统和极化干涉。
2020-06-09 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
Diffraction gratings of isotropic negative phase-velocity materials
本文研究了在均匀、各向同性、线性介质-磁半空间的平面边界上周期性地刻纹制成的光栅对电磁平面波的衍射。衍射材料中的相速度矢量可以与时间平均的坡印廷矢量共平行或反平行，从而允许将材料分类为正或负负相速度（PPV或NPV）类型。三种用于分析介质光栅的方法-瑞利假设方法，微扰方法，和C形式主义-在这里扩展到包括NPV光栅通过仔细考虑内的折射半空间的场表示。研究了对称和非对称形状的波纹，以及光栅对入射平面波线偏振态响应的多样性。当波纹较浅时，PPV光栅被其NPV类似物取代仅影响非镜面衍射效率，而对镜面衍射效率的影响随着波纹加深而增强。折射材料的类型是否是NPV或PPV示出影响表面波传播以及表面波的共振激发。
2004-08-11 physics.comp-ph physics.optics
Theory of deeply subwavelength electromagnetic structuring of semiconductors due to thermal-ionization instability
A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院阿·瓦·加蓬诺夫-格列霍夫应用物理研究所）
该研究建立电离辅助不稳定性理论，阐明半导体表面热失控与衍射近场弱化的竞争机制，推导的解析表达式可描述强太赫兹辐射制备硅深亚波长结构的周期及相关依赖关系。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
The Physics of Atom-Surface Interactions
一个教程概述是由电磁场介导的原子和表面之间的相互作用。重点是分散（或范德华）力和过渡引起的热波动在近场的表面。冷原子在表面附近的微观陷阱（“原子芯片”）中的应用为这堂理论课提供了实验背景。我们不包括化学物理方面，是在原子尺度的距离，如表面上的吸附和扩散，纳米结构的生长，或从结晶表面原子束衍射相关。这些都是由其他讲师。
2004-05-19 physics.atom-ph physics.optics
Structured Light by linking together diffraction-resistant spatially shaped beams: "LEGO-BEAMS"
本文提出了一种理论方法，并结合实验验证，通过连接有限长不同半径的抗衍射圆柱光束来获得光的结构。由此产生的“乐高梁”可以根据需要呈现各种前所未有的空间配置。我们也使用计算全息技术和空间光调制器实验产生了其中的一些。我们将各种“光片”连接在一起的有趣的新方法可以在需要结构光束的所有领域中找到应用：特别是诸如光学镊子，例如用于生物操纵、原子的光学引导、光轨道角动量控制、全息术、光刻、非线性光学、电磁辐射与玻色-爱因斯坦凝聚体的相互作用等，除了通常的局域波（无衍射光束和脉冲）的场之外。
2018-04-05 physics.app-ph physics.optics
Diffraction of light by plasma in the solar system
我们研究了电磁波在太阳系中的传播，并发展了一个米氏理论，该理论解释了扩展日冕中自由电子等离子体的折射特性。我们使用一个通用的电子数密度分布模型，并应用程函近似找到一个解决方案，德拜潜力，然后用于确定内太阳系和大日心距离的EM场。正如预期的那样，通过太阳系传播的EM波的解决方案的特征在于等离子体引起的相移和光线传播方向的相关变化。我们的方法定量地解释了这些影响，提供了一个在太阳等离子体衍射波光学处理。因此，它可以用于涉及大孔径、大干涉基线或其他广泛分布的高精度天文仪器的实际应用。
2019-02-22 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
