Experimental Realization of Deep Subwavelength Confinement in Dielectric Optical Resonators
具有强电场增强的高度局部化光的能力对于实现更高效率的太阳能电池、光源和调制器至关重要。虽然深亚波长模式可以用等离子体共振器实现，但这些金属结构中的大损耗排除了大多数实际应用。我们开发了一种替代方法来实现亚波长限制，不伴随着抑制性损失。我们实验证明了一种介电蝴蝶结光子晶体结构，该结构支持与等离子体元件相称的模体积和揭示超低损耗的品质因数。我们的方法打开了大门，同时超低模体积和超高品质因数，一直在光学谐振器中难以捉摸的极强的光-物质相互作用制度。
2017-07-15 physics.optics
Two regimes of confinement in photonic nanocavities: bulk confinement versus lightning rods
我们提出了一个理论研究的介质蝴蝶结腔，并表明，它们是由两个本质上不同的限制制度。第一种是体电介质内部的限制，第二种是局部避雷针状态，其中场在尖角处局部增强，并且可能产生消失的模体积，而不一定增强体电介质内部的模。我们表明，虽然散装制度是让人想起在传统的纳米腔的限制，最常用的定义的模式体积计实际上的避雷针效应时，应用到超紧凑的腔，如领结。区分这两种制度将是至关重要的未来研究纳米腔，我们的见解表明如何获得强烈增强的光-物质相互作用在大带宽。
2021-11-11 physics.optics
Hybridized hyperbolic surface phonon polaritons at α-MoO3 and polar dielectric interfaces
极性介质中的表面声子极化激元（SPhPs）由于具有低光学损耗的亚衍射限制而为红外纳米光子学提供了新的机会。虽然极化激子场限制可以通过修改介电环境来显著改善，但是突破SPhP模式的光子限制和传播行为的基本限制是具有挑战性的。特别是，由于SPhP固有地在这些体极性介质中各向同性地传播，因此如何共同实现超大场限制、平面内双曲性和单向传播仍然是难以捉摸的。在这里，我们报告了一种通过在双轴范德华材料（例如，MoO 3）和体极性电介质（例如，SiC、AlN和GAN）。由于界面处的各向异性取向的模式耦合，具有大限制因子（>100）的杂化SPhPs显示出与天然MoO 3相比已切换到正交方向的面内双曲性。更有趣的是，这种概念验证允许通过将MoO 3悬浮在图案化的SiC空气腔上来实现可操纵的、角度相关的和单向的极化激元激发。我们的发现证实了一个可推广的框架，以操纵纳米光的流动和工程师不寻常的极化激元反应在许多其他的混合系统组成的范德华材料和散装极性的。
2021-03-18 physics.optics
Tailoring accidental double bound states in the continuum in all-dielectric metasurfaces
连续介质中的束缚态（BIC）由于其形式上发散的Q因子，特别是在$Γ$点（平面内波矢$k_{||}=0$）对称保护的全介电纳米结构超颖表面中出现的那些束缚态，已经被彻底研究。较少注意可能出现在支持模式的能带结构中的任何其他$k_{||}\not =0$处的偶然BIC，其反过来难以预测。在这里，我们利用耦合的电/磁偶极子模型，以确定分析条件的出现意外BIC，有效的任何平面阵列的元原子，可以描述的偶极共振，这是许多纳米结构的情况下，在光学领域。这是探索全介电纳米球通过明确的分析条件，使我们反过来预测意外BIC的位置在参数空间$(ω,\bf{k_{||}}$）。最后，利用这些条件来确定不仅单，而且双（两个线性极化）意外BIC发生在相同的位置在色散关系$ω-\bf{k_{||}}$为现实的半导体纳米盘元原子。这可能为纳米尺度下的各种BIC增强的光-物质相互作用现象铺平道路，例如激光或非线性转换，这些现象受益于远离$Γ$点（偏离法向入射）的波矢量，重叠两个线性偏振。
2022-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electromagnetic confinement via spin-orbit interaction in anisotropic dielectrics
我们研究电磁波在单轴晶体中的传播，其中光轴的方向横向变化，后者与传播方向处处正交。在这样的几何结构中，场不经历折射率梯度，但它获得了横向调制的潘查拉特南-贝里相位，即源自自旋-轨道相互作用的几何相位。我们表明，几何相位与传播的周期性演变产生一个不变的有效潜力。在某些配置中，该几何相位可以提供横向限制和波导。对完整的麦克斯韦方程组的数值模拟的理论研究结果进行了测试和验证。我们的研究结果介绍和说明的作用，几何相位电磁传播的距离远远超过衍射长度，铺平了道路，一个全新的家庭导波和波导不依赖于折射率剪裁。
2017-03-06 physics.optics
Ultra-Spatiotemporal Light Confinement in Dielectric Nanocavity Metasurfaces
具有强时空约束的光聚集是剪裁光-物质相互作用的关键。光子谐振器和等离子体谐振器中的电磁腔模式为光场定位提供了平台。在这里，我们提出了准束缚态的概念，在连续间隙腔，并揭示了超时空限制在自由空间中可以实现在一个介电纳米腔元表面。通过在纳米盘谐振器中引入非对称空气槽，实现了超高品质因数$\rm Q \sim 10^6$，伴随着极小的有效模体积$\rm V_m \sim 10^{-2}$ $(λ/n)^3$，导致在可见波长范围内的$\rm 10^6 (λ/n)^{-3}$的Purcell因子。环形偶极子驱动空气间隙中的电场和磁场集中，并产生涡旋极化电场。作为等离子体和光子晶体腔的替代方案，我们的研究为工程光-物质相互作用提供了一个更有趣的平台，以推进大量的基础研究和器件应用，如Purcell因子增强，室温强耦合和非线性纳米光子。
2021-12-29 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
An all-dielectric bowtie waveguide with deep subwavelength mode confinement
为了满足未来光子集成电路的尺寸和功率要求，一种有效的方法是将光子器件封装。表面等离子体激元（SPP）是亚波长模式限制的最有前途的候选材料之一，然而，基于SPP的结构不可避免地受到高传输损耗的影响。在这里，我们报告了一个全介质蝴蝶结（ADB）波导由两个相同的硅楔嵌入在二氧化硅包层与纳米间隙。由于连续的狭缝和反狭缝效应，间隙表现为“电容式”能量存储，使得ADB波导具有与最近报道的混合等离子体激元波导相似甚至更小的模式面积。更重要的是，ADB波导支持准TM本征模，由于没有金属成分，因此基本上是无损的。这使得我们的ADB波导与等离子体波导相比在传输长度上有了本质的发展。ADB波导与半导体制造技术完全兼容，并且可以产生真正的纳米级基于半导体的光子学。
2017-06-30 physics.optics
Efficient Confinement of Ultraviolet Light into the Self-Assembled, Dielectric Colloidal Monolayer on a Flat Aluminum Film
在这里，我们提出了有效的限制紫外（UV）光进入等离子体-光子晶体混合，这可以实际上是由自组装的介电胶体纳米球单层到一个平面铝（Al）膜。使用数值方法，我们分析了每个不同的谐振模式在紫外波长，包括表面等离子体激元（SPP）模式和波导（WG）模式的模式特性，并调谐这些谐振模式从深到远UV简单地通过调整的大小的电介质胶体纳米球。这种等离子体-光子晶体混合物的计算质量因子（Q因子）比位于介电衬底上的现有Al纳米结构（Al纳米颗粒、纳米盘、纳米空隙或纳米光栅）的质量因子高至少一个数量级。此外，我们还系统地研究了在Al沉积的一般过程中可以产生的原生氧化物的量如何影响这种等离子体-光子晶体混合物的SPP和WG模式，以指导现实的实验制造和开发相关光学响应的策略。我们预计，本文中的理论结果使一个有前途的一步，在增强紫外光与纳米光子结构的相互作用，在一个通用的，但高效的方式。
2014-08-04 physics.optics
Tailoring sub-Doppler spectra of thermal atoms with a dielectric optical metasurface chip
本研究针对铷原子蒸气设计集成纳米光栅超表面的微型蒸气池，搭建泵浦-探测光谱系统，实现低功率亚多普勒响应观测、偏振调控谱形及高稳定度激光稳频，为原子光谱调控提供新方案。
2024-12-13 physics.atom-ph physics.optics
A nanolaser with extreme dielectric confinement
提出一种介质纳米桥纳米激光器，可将光场与激发载流子共同局域于同一区域，实现室温连续波激射并降低阈值。
2024-12-03 physics.optics
Giant red shift and enhancement of resonant light confinement in planar array of dielectric bars
本文介绍了由介质元件组成的平面周期结构中谐振现象的研究结果。本文解决了由两个不同长度的介质棒组成的周期单元结构对平面波的衍射问题。第一次在这些结构中发现存在高Q因子的陷波模共振。与单介质棒平面结构相比，所研究的结构的主要区别是出现了陷模谐振波长的大红移。红移是由相邻介质棒谐振器中电磁场的强耦合引起的。这一性质对于在透明窗口内使用半导体等中等折射率材料设计谐振周期性平面结构具有很大的吸引力。在近红外波段，研究了锗条周期性平面结构的陷模共振。结果表明，结构非对称度的减小，使共振态的红移和Q因子均增大。
2012-10-15 physics.optics
Dielectric Mie Voids: Confining Light in Air
在纳米尺度上操纵光已经成为元器件、谐振表面、纳米级光学传感器等的核心挑战，并且它在很大程度上基于色散和有损耗金属和金属中的谐振光限制。在这里，我们实验性地实现了一种新的介电纳米光子学策略：空气中光的共振亚波长限制。我们证明了在高折射率介电基质材料中产生的空隙支持具有特殊光学特性的局部共振模式。由于在空气中的限制，模式不会遭受电介质主介质的损耗和色散。我们通过实验实现这些共振米氏空隙聚焦离子束铣削到散装硅片和实验证明共振光限制到紫外光谱范围在265 nm（4.68 eV）。此外，我们利用明亮，强烈和自然的颜色进行纳米级彩色印刷。共振介电Mie空隙与介电纳米颗粒的组合将使超颖表面和其他微米和纳米级光学元件的未来设计的参数空间增加一倍以上，并将其操作推向蓝色和UV光谱范围。特别是，这种扩展将使新的天线和结构设计，受益于充分访问模式场内的空隙，以及几乎自由选择的高折射率材料。
2022-05-16 physics.optics
The optical Möbius strip cavity: Tailoring geometric phases and far fields
莫比乌斯带是一张长长的纸，它的两端在$180^{\circ}$扭曲后粘在一起，具有显著的几何和拓扑性质。在这里，我们考虑有限宽度的介质莫比乌斯带，并研究几何特性和共振光传播之间的相互作用。我们展示了电磁波的极化动力学如何依赖于拓扑性质，并演示了如何通过系统几何形状在$0$和$π$之间操纵几何相位。在厚腔和小扭曲段长度的莫比乌斯字符的损失允许一个操纵的偏振动力学和远场发射，并打开应用的场所。
2018-02-13 physics.optics
Enhancement and speed-up of carrier dynamics in a dielectric nanocavity with deep sub-wavelength confinement
本研究实验探究了尺寸低至12nm的拓扑优化硅基蝴蝶结纳米腔的超快动力学，证实其深亚波长光局域可增强双光子吸收载流子产生速率、缩短载流子恢复时间并提升消光比，为新型低功耗超快光学器件奠定基础。
2024-12-11 physics.optics
Ultimate limit of field confinement by surface plasmon polaritons
我们表明，电场限制在金属/电介质界面处传播的表面等离子体激元增强了由于朗道阻尼的损耗，并有效地限制了限制本身的程度。我们证明了朗道阻尼和与之相关的表面碰撞阻尼直接遵循自由电子气体介电常数的Lindhard公式。此外，我们还证明了，即使消除了由声子、电子-电子和界面粗糙散射引起的所有传统损耗机制，与最好的现有等离子体材料（例如银）相比，最大可达到的限制程度和伴随它的损耗不会显著改变。
2014-10-05 physics.optics
Tailoring Metallodielectric Structures for Super Resolution and Superguiding Applications in the Visible and Near IR Ranges
我们讨论了在真实的，透明的，金属-电介质光子带隙结构的负折射和超分辨率的背景下，在可见光和近红外范围内的传播效应。在共振隧穿制度中，我们发现，对于横向磁入射偏振，场局部化效应有助于波导现象，使得它有可能为光保持限制在一小部分的波长内，没有任何横向边界，由于抑制衍射。这种效应与每个金属层内的坡印廷矢量的负折射有关，由相邻电介质层内的法向折射平衡：场局部化和材料色散的程度共同决定了驻留在任何给定层内的总动量，从而决定了能量流的方向。我们发现，瞬态波矢量的运输介导的准静态，低群速度表面波的激发负责相对较大的损失。作为代表性的例子，我们考虑透明的金属电介质叠层，如Ag/TiO 2和Ag/GaP，并详细展示了如何获得最佳的条件，在整个可见光和近红外范围内的超引导和超分辨率应用的传播和倏逝模式的高透射率。最后，研究了增益对超分辨率的影响。我们发现，增益的引入可以补偿表面等离子体激元激发引起的损耗，改善透镜的分辨特性，实现增益可调的超分辨。
2008-01-04 physics.optics
Deterministic exciton confinement in 2D semiconductors via local dielectric engineering for scalable quantum light sources
Micro Nanoelectronics Research Center, Department of Electrical and Computer Engineering, Technion（微纳电子研究中心，电气与计算机工程系，以色列理工学院）；Institute of Applied Physics, The Faculty of Science and The Center for Nanoscience and Nanotechnology, The Hebrew University of Jerusalem（应用物理研究所，理学院，纳米科学与纳米技术中心，耶路撒冷希伯来大学）
通过局部介电工程在二维半导体中实现确定性激子限制，为可扩展量子光源提供实用且可扩展的集成方案。
2025-12-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Substrate-Independent Light Confinement in Bioinspired All-Dielectric Surface Resonators
传统上，光子晶体平板可以支持强烈限制于平板的谐振，但也耦合到外部辐射。然而，当将光子晶体平板放置在衬底上时，谐振模式变得不那么受限，并且随着平板和衬底之间的折射率对比度减小，它们最终消失。利用狄俄涅朱诺蝴蝶翅膀的尺度结构作为灵感，我们提出了一种低折射率锯齿形表面结构，即使没有与衬底的折射率对比，也支持谐振模式。锯齿形结构支持远离基板的谐振，这减少了谐振与基板之间的相互作用。我们通过实验验证了在可见光波长范围内存在与衬底无关的共振。潜在的应用包括衬底独立的结构颜色和光导。
2016-03-10 physics.optics
Active spatial control of terahertz graphene plasmons by tailoring carrier density profile
石墨烯提供了一种可能性，主动控制等离子体激元的限制和传播，通过定制其空间电导率模式。然而，这一概念的实现受到阻碍，因为不均匀的电介质环境很容易引起不可控的等离子体反射。在这项工作中，我们展示了完全电气控制的等离子体反射/传输在电子边界诱导的氧化锌为基础的双栅极，这是为了尽量减少介电调制。利用傅里叶变换红外光谱，我们表明，等离子体反射可以连续变化的相邻区域之间的载流子密度差。通过利用这个功能，我们展示了控制等离子体腔的大小、位置和频率的能力。我们的方法可以应用于各种类型的等离子体器件，为实现可编程等离子体电路铺平了道路。
2019-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Resonant modes in triangular dielectric cavities
讨论了具有正三角形截面的高介电常数介质棱镜的谐振光学模式。标量亥姆霍兹方程的Dirichlet边界条件，适当的传导边界的本征模解，适用于此目的。分析了这些模式中存在的特定平面波分量的全内反射行为和隐含的模式限制时，导电边界被替换为尖锐的介电失配。还讨论了通过调整纵向波矢量$k_z$来改善TIR约束。对于二维电磁解（$k_z=0$），TE偏振导致比TM偏振更长的寿命，假设在拐角处的倏逝边界波的逃逸是主要的衰减过程。
2004-08-31 physics.optics
Confinement of Polariton Condensates in quasi-Flatband BICs in Plasmonic and Dielectric Metasurfaces
本文研究Si与Ag纳米盘超表面中的激子-极化激元凝聚，揭示Ag阵列中正交偏振混合BIC准平带导致实空间强限域及双十字发射。
2025-09-30 physics.optics
Hyper-Plasmonics: hyperbolic modes of a metal-dielectric interface
等离子体共振，与强耦合的光电子在金属-电介质界面，允许光限制和控制在亚波长尺度。它从根本上受到电子固有迁移率的限制，导致电磁响应的相应非局部性。我们报告说，这种非局部性也导致在金属-电介质界面附近形成双曲线层，其电磁响应具有很强的各向异性。虽然由此产生的“双曲线阻塞”导致抑制传统的等离子体共振，双曲线层也支持一个全新的类别的表面波，提供更长的传播距离和更强的场约束，同时。此外，这些“超等离子体激元”不限于等离子体激元共振的接近，这显著地扩展了等离子体激元设备的操作带宽。
2017-12-10 physics.optics
Silicon nanoantennas for tailoring the optical properties of MoS2 monolayers
Foundation for Research and Technology - Hellas（希腊研究与技术基金会）；University of Crete（克里特大学）；LAAS-CNRS, Université de Toulouse（图卢兹大学 LAAS-CNRS）；CEMES-CNRS, Université de Toulouse（图卢兹大学 CEMES-CNRS）；CEA-LETI, Université Grenoble-Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学 CEA-LETI）；Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Université de Toulouse, INSA-CNRS-UPS, LPCNO（图卢兹大学 INSA-CNRS-UPS LPCNO）；Institut Universitaire de France（法国高等研究院）
本研究利用硅基纳米天线调控二硫化钼单层的线性和非线性光学性质，实现了光致发光和二次谐波生成效率的显著提升。
2025-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanometer-scale photon confinement in topology-optimized dielectric cavities
纳米技术原则上可以实现从设计到设备的精确映射，但迄今为止依赖于人类的直觉和简单的优化。在纳米光子学中，一个核心问题是如何制造光-物质相互作用强度仅受材料和纳米纤维限制的器件。在这里，我们集成测量的制造限制到拓扑优化，旨在最强的光-物质相互作用在紧凑的硅膜，展示了一个前所未有的光子纳米腔与模式体积的$V\sim3\times10^{-4}\,λ^3$，品质因数$Q\sim1100$，和足迹$4\,λ^2$电信光子与$λ\sim 1550$ nm波长。我们制造的腔，它限制在8纳米硅桥内的光子，并使用近场光学测量进行第一次实验证明光子限制到一个单一的热点远低于衍射极限在100。
2022-03-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Controlled opacity in a class of nonlinear dielectric media
受设计和定制超材料的新技术的启发，我们寻求某些类别的非线性光学材料的特性，这些材料通过施加外部电磁场允许可逆控制的不透明到透明相变。我们研究了一些数学上简单的模型介质的介电参数和计算相关的几何量，描述的速度和偏振的光线。
2017-03-28 gr-qc physics.optics
Narwhal-shaped Wavefunctions Enabling Three-dimensional Sub-diffraction-limited Dielectric Photonics
本文提出独角鲸形波函数，并据此实现三维奇异腔，在无损耗介电体中突破衍射极限，获得5×10^-7 λ^3的超小模式体积。
2025-04-10 physics.optics
Strong Optical Confinement between Non-periodic Flat Dielectric Gratings
我们提出了一种新的光学微腔的设计，其中的光能主要驻留在自由空间，因此很容易访问的异物，如原子，分子，机械谐振器等，我们描述了这些谐振器的物理，并提出了一种基于随机优化的设计方法。给出了衍射极限模体积和品质因数在$10^4$ - $10^6$范围内的腔设计。在纯平面几何形状的情况下，可以使用常规的微米和纳米制造工艺将腔体容易地集成在芯片上。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlinear dielectric epsilon near-zero hybrid nanogap antennas
本文研究在GaP纳米盘中心嵌入ITO薄层的混合纳米间隙天线，利用高折射率对比实现强场限制，在保持线性响应相似的同时增强二次和三次谐波，并通过非线性磁化率测量为高效非线性纳米器件设计提供指导。
2023-08-14 physics.optics
Photonic skin-depth engineering
最近，我们提出了光限制策略的范式转变，展示了放松的全内反射和光子趋肤深度工程如何导致没有金属的亚衍射波导（S。Jahani和Z. Jacob，“Transparent sub-diffraction optics：nanoscale light confinement without metal，”Optica 1，96-100（2014））。在这里，我们表明，这种极端趋肤深度（e-skid）波导可以反直观地限制光比最好的情况下的全介质设计的高折射率硅波导包围真空。我们还分析建立，在电介质波导中的光限制相关的品质因数从根本上依赖于包层中的波的趋肤深度，一个令人惊讶地在电介质光子学中被忽视的量。我们对比了e-skid波导和传统波导的基模的传播特性，表明e-skid波导中包层中的衰减常数显着较大，这是亚衍射限制的起源。我们还提出了一种方法来验证减少的光子趋肤深度在实验中使用的古斯-汉森相移的减少。最后，我们提供了一个概括，我们的工作使用的概念转换光学的光子趋肤深度工程可以被解释为一个变换的动量倏逝波。
2015-03-09 physics.optics
Nanoscale design of the local density of optical states
我们提出了一种设计概念，用于定制的局部光学态密度（LDOS）的介电纳米结构，基于点状发射器诱导的散射光场的相位分布。首先，我们证明了LDOS可以表示在建设性和破坏性的贡献的一致的总和。通过使用迭代方法，可以设计介电纳米结构以有效地去除破坏性项。以这种方式，电偶极子的低LDOS为特征的介电米氏谐振器可以被重新整形，以实现三个数量级的增强。为了证明该方法的通用性，我们还设计了纳米腔，提高了辐射功率的圆形偶极子，四极和任意收集的相干偶极子。我们的概念提供了一个强大的工具，高性能的介质谐振器，并提供了基本的见解光物质耦合在纳米尺度。
2019-03-08 physics.optics
Tailoring of Plasmonic Functionalized Metastructures to Enhance Local Heating Release
据报道，等离子体纳米加热器在被532 nm波长聚焦的激光束激发时产生显著的局部加热。显著的温度增加源自由构成纳米加热器的Au纳米盘的特定布置实现的电场的强约束。当通过掺杂聚合物的厚层对金纳米加热器进行分层时，热响应更加敏感，达到超过250°C的温度变化。通过斩波器对激励进行调制，可以对热响应进行精细控制，在单个周期内测得的最大温度变化约为60°C。这些有趣的特性可以有效地用于设计在纳米医学和纳米化学中找到应用的新系统
2021-05-19 physics.app-ph physics.optics
Tailoring Light-Matter Interaction with a Nanoscale Plasmon Resonator
我们提出并证明了一种新的方法，实现强大的光与物质的相互作用与量子发射器。我们的方法利用等离子体共振器组成的无缺陷，高度结晶的银纳米线包围图案化的介质分布布拉格反射器（DBR）。这些谐振器具有比衍射极限低两个数量级的有效模体积（Veff）和接近100的品质因数（Q），使得能够在腔谐振处将自发发射率提高超过75倍。我们还表明，这些谐振器可以用来转换一个宽带量子发射器的窄带单光子源的颜色选择性发射增强。
2012-02-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
From local to nonlocal high-Q plasmonic metasurfaces
本文提出一种综合策略，通过有效剪裁局域和非局域机制下的谐振模式，克服损耗限制，在等离激元超表面中实现高Q因数谐振。
2023-11-22 physics.optics
Surface Polariton-Like s-Polarized Waveguide Modes in Switchable Dielectric Thin-Films on Polar Crystals
表面声子极化激元（SPhP）和表面等离子体激元（SPP），由具有负介电常数的介质支持的倏逝模，是纳米光子学的基本构建块。这些模式在场增强和空间限制方面是不匹配的，并且可以例如通过采用相变材料（PCM）来实现动态全光控制。然而，平面结构中表面极化激元的激发本质上限于p-极化。相反，高介电常数薄膜中的波导模式可以耦合到p-和s-偏振光，并且在薄膜中，它们的限制可以变得与表面极化激元相当。在这里，我们证明了在薄的Ge $_3$ Sb $_2$ Te $_6$（GST）膜中的s偏振波导模式具有与碳化硅（SiC）衬底的SPhP模式类似的色散、约束和电场增强，同时甚至扩展了允许的频率范围。此外，我们的实验表明，切换GST膜授予非挥发性控制SPhP和波导模式色散。我们提供了一个分析模型的GST/SiC波导模式的描述，并表明我们的概念是适用于各种各样的极性晶体在整个红外光谱范围。因此，作为对偏振限制表面极化激元的补充，s偏振PCM波导模式构成了用于纳米光子应用的有前景的附加构建块。
2019-06-25 physics.optics
Volume Integral Formulation for the Calculation of Material Independent Modes of Dielectric Scatterers
在体积积分方程方法的框架下，我们引入了一个替代的表示的电磁场散射的均匀物体的任意形状在给定的频率，在一组模式独立于其介电常数。这是通过引入基于体积积分算子的辅助本征值问题来实现的。在此模态基础上，散射场的展开系数是散射体介电常数的简单有理函数。我们表明，通过研究从一个球体和一个圆柱体的尺寸与入射波长相媲美的电磁散射，只需要一个中等数量的模式，以准确地描述散射远场。该方法可用于研究共振散射现象，包括等离子体共振和光子共振，并设计对象的介电常数以追求散射场的规定剪裁。此外，所提出的模态展开是计算上有利的体积积分方程的直接解相比，散射场必须计算许多不同的值的介电常数，给定的大小和形状的电介质体。
2017-10-14 physics.optics
Tailoring the Spectral and Directional Emissivity of Functionalized Laser Processed Surfaces
针对飞秒激光加工铝表面在可见和近红外波段过强吸收、不利日间辐射冷却的问题，本文提出结合介质布拉格反射器与多层结构，精确调控其光谱及角向热发射。
2024-08-19 physics.app-ph physics.optics
Tailoring Quasi-Bound States in the Continuum for Infrared Photodetection in Black Phosphorus
Southeast University（东南大学）；Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所）；National Research Center for Optical Sensing/Communications Integrated Networking, Southeast University（东南大学光传感/通信集成网络国家研究中心）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文通过在黑磷中集成介电超材料实现准束缚态，在增强光-物质相互作用的同时提升红外光电探测性能，克服了黑磷在各向异性二维光电探测中的光学吸收瓶颈。
2026-03-29 physics.optics
Electromagnetic modes in dielectric equilateral triangle resonators
分析了介质腔的谐振电磁模式，介质腔的截面为等边三角形，折射率为n，周围是折射率为n '的均匀介质。场限制仅在保持内部电磁场的全内反射所需的要求下确定，与腔体外部的指数衰减的倏逝波相匹配。被认为是二维电磁学，与垂直于截面的坐标没有依赖性，因此，独立的横向电（TE）和横向磁（TM）的极化分别描述。六个平面波的线性组合在腔内是足够的，其波矢量通过120度旋转相关，并且其相位通过菲涅耳反射系数相关。一般情况下，当折射率比N=n/n'接近2时，模谱变得稀疏，最小模频率迅速增加。对于特定的量子数和N，TM模式的频率低于TE模式。假设倏逝边界波在三角形顶点处逃逸，则TE模式通常被发现具有比TM模式更大的腔内场约束和高得多的品质因数。
2005-07-02 physics.optics
Terahertz Light Sources by Electronic-Oscillator-Driven Second Harmonic Generation in Extreme-Confinement Cavities
大多数相干光辐射源依赖于由粒子数反转驱动的激光振荡器。尽管它们在通信，医学，工业和其他领域的技术重要性，但进入0.1-10 THz（“太赫兹间隙”）的光谱范围仍然是一个挑战，这是一个从光谱到安全和高速无线通信等应用的频带。在这里，我们提出了一种方法来产生相干辐射跨越太赫兹间隙的有效的二次谐波产生（SHG）在低损耗的介质结构，从技术成熟的电子振荡器（EO）在~100 GHz的范围。为了实现这一目标，我们引入了混合太赫兹波段介质腔设计，该设计结合了（1）高品质因数谐振器中的极端场集中与（2）声子谐振增强的非线性材料。我们理论上预测的转换效率> $10^3$ %/W和潜在的桥梁太赫兹差距与1 W的输入功率。这种方法实现了高效的级联参量频率转换器，代表了可扩展到中红外光谱及更高光谱的新一代光源。
2021-10-21 physics.optics
Strong Light Confinement in Rod-Connected Diamond Photonic Crystals
我们证明了仅使用电介质材料就可以将光限制在10^-3立方波长的体积内。模拟了高折射率棒连接金刚石（RCD）光子晶体中的低折射率（空气）腔。即使在最低体积下，这些空腔也显示出较长的储存时间（Q因子>10^6）。这种结构的制造可以开辟光子级相互作用的新领域。
2018-10-20 physics.optics
Anapole resonances in low-index materials
光子谐振腔由于其密集受限光场所产生的大量线性和非线性效应而在当前的研究中受到重视。由低损耗介电材料组成的腔设计可以实现显著的光限制，与其他流派的腔设计如等离子体激元竞争。然而，所有介电光子学中的基本概念，如纳米盘中的阿那极点共振，主要是在高折射率材料如WS2和Si中研究的。在没有额外措施的情况下，低折射率介电纳米盘难以实现类似水平的光限制。在这里，我们提出了可制造的设计空间，更高的限制在一个低折射率的电介质腔，通过将广泛研究，隔离的电介质纳米盘到更广泛的主机结构。特别是，我们专注于六方氮化硼（hBN），一种新型的电介质二维材料，具有明亮的室温单光子发射器，在面内和面外方向的折射率分别为2.1和1.8。由于hBN作为量子光源的潜力，我们通过它们在阿那普尔共振处可实现的Purcell因子来表征我们的腔。支撑结构对腔体共振的影响包括将Purcell因子提高三倍，达到最大观测因子6.2。
2020-03-09 physics.app-ph physics.optics
A lithographically-defined quantum dot with sub-wavelength confinement of light
本文提出一种基于掩埋量子阱介电膜的光学腔，使量子点区域同时实现光的深亚波长限制，并将载流子波函数局域于光学热点，为光刻确定性制备腔中功能性量子点提供方案。
2023-12-06 physics.optics
Possibility of anapole state in dielectric nanohole array metasurfaces with different hole shapes
纳米结构中的光学反射极共振显示出强的场约束和基本上被抑制的散射。在这项研究中，使用三维时域有限差分模拟，它表明，高折射率介电纳米孔阵列超颖表面具有不同的孔的轮廓可以拥有的anapole状态。给出了包含偶极子电环矩的阵列格元多极分解。在晶格元素的anapole状态说明的时间平均的能量分布。因此，可以设计具有Anapole状态的高折射率独立超颖表面。
2023-01-13 physics.optics
Enhancement of artificial magnetism via resonant bianisotropy
基于高折射率纳米颗粒的全电介质“磁光”纳米光子学允许在纳米尺度下控制光的磁分量而没有高耗散损耗。这种纳米颗粒的人工磁光响应源于这些结构内部激发的圆形位移电流，并且强烈依赖于光学材料的几何形状和色散。本文提出并分析了一种利用共振双各向异性效应提高磁响应的新方法。增强的关键机制是基于全介电二聚体纳米天线的两个电和磁共振纳米颗粒之间的电磁相互作用。结果表明，相对于入射照明方向的二聚体的适当的几何布置允许灵活的控制在所有的矢量分量的磁极化，剪裁后者在100%的动态范围和增强高达36%相对于性能的独立的球形粒子。所提出的方法为具有强磁响应的全介电超材料和超表面的设计提供了途径。
2015-07-08 physics.optics
Tailoring correlations of the local density of states in disordered photonic materials
我们提出了实验证据的不同机制驱动的局域态密度（LDOS）的无序光子系统的波动。我们建立了一个明确的联系之间的微观结构的材料和频率关联函数的LDOS访问的近场高光谱成像技术。我们表明，特别是，LDOS的短距离和长距离的频率相关性控制不同的物理过程（多个或单个散射过程，分别），可以-在一定程度上-独立操纵。我们还表明，单散射的贡献LDOS波动是敏感的亚波长功能的材料，特别是其介电函数的相关长度。我们的工作为完全控制无序光子系统的统计特性铺平了道路，允许设计具有预定义LDOS相关性的材料。
2017-07-05 cond-mat.dis-nn physics.optics
All-dielectric resonant meta-optics goes active
全介质共振纳米光子学是一个快速发展的研究领域，其特殊的应用潜力，低损耗纳米元器件驱动。共振光子纳米结构中局部电磁场和干涉的严格限制可以增强许多光学效应，从而为光-物质相互作用的亚波长控制提供了新的机会。有源发光纳米级结构特别令人感兴趣，因为它们为新型光源和纳米激光器提供了独特的机会。在这里，我们回顾了最近出现的和快速增长的领域的有源介电共振纳米光子学的最新进展，使偶极和多极米氏型共振。更具体地说，我们讨论了如何采用介电纳米结构的共振控制发射量子点，二维过渡金属dichalcogenides，和卤化物钙钛矿。我们还预见了有源全介电共振纳米结构的各种未来研究方向和应用，包括但不限于拓扑鲁棒系统中的激光，电偶极子极限之外的光-物质相互作用，发光表面和可调谐有源元器件。
2018-10-25 physics.optics
Holographic lasing with dielectric metasurfaces
针对现有发光超表面在自发辐射机制下相干性低、光控制精度有限的问题，本文提出集成增益介质的二元结构超表面系统，实现全息激光输出的相干光产生与精确光束整形，为小型化光学系统提供紧凑、高性能的激光生成平台。
2025-09-24 physics.app-ph physics.optics
Confining light in all-dielectric anisotropic metamaterial particles for nano-scale nonlinear optics
高折射率介质可以将光限制在纳米尺度，从而增强非线性响应。然而，在这些介质中增加的动量会恶化不同谐波之间的重叠，这在缺乏动量匹配的情况下阻碍了波长级谐振器中的有效非线性相互作用。在这里，我们提出了一种替代方法，在各向异性粒子的光限制。各向异性介质中的额外自由度允许我们独立地控制中心附近的倏逝波和远离中心的径向动量。这可以导致强的光限制以及不同谐波之间的优异的场重叠，这对于非线性波长转换是理想的。控制倏逝场也有助于超越各向同性介质天线对辐射带宽的限制。这可以改善光耦合到这些颗粒中，这对于纳米尺度的非线性光学至关重要。我们估计的二次谐波产生效率，以及光学参量振荡阈值在这些粒子中显示这些粒子的强非线性响应，即使远离中心的共振。我们的方法是有前途的实验实现，并可用于许多应用，如大规模并行传感和计算。
2021-02-25 physics.app-ph physics.optics
Multistate Tuning of Third Harmonic Generation in Fano-Resonant Hybrid Dielectric Metasurfaces
混合介质超颖表面已经成为一种有前途的方法，以提高近场约束，从而实现高的光学非线性使用低损耗的晶体管。混合超颖表面的设计和制造的额外灵活性允许动态控制光，这对于更广泛的应用是增值的。在这里，我们展示了一个可调谐的和有效的三次谐波产生（THG）通过混合超颖表面与相变材料Ge 2Sb 2 Te 5（GST）沉积在非晶硅纳米结构的顶部。Fano共振被激发以将入射光限制在混合超颖表面内，并且在1210 nm左右的基本泵浦波长处实现了125的实验品质因数（$Q$ -因子）。我们证明了Fano共振在GST的非晶态和在其晶态的关断状态的开启状态之间的切换，以及在其中间态的THG发射的逐步多状态调谐。由于Fano共振增强了场约束，在相同泵浦功率下，实现了$η = 2.9*10^{-6}$ %的三倍频转换效率，是基于GST的法布里-珀罗腔的32倍以上.我们的研究结果显示了基于GST的混合介电超颖表面作为高效和可调谐非线性光学器件的强大潜力。
2021-05-10 physics.app-ph physics.optics
Strong coupling between a dielectric nanocavity and a monolayer transition metal dichalcogenide
本研究展示了介电纳米腔与单层二碲化钼激子间的强耦合，通过实验和理论验证了拉比分裂，为单光子级强非线性效应开辟了新途径。
2025-06-24 cond-mat.other physics.optics
Ring-Like Solitons in Plasmonic Fiber Waveguide Composed of Metal-Dielectric Multilayers
我们设计了一种由纳米尺度同轴圆柱形金属-介质多层膜组成的等离子体光纤波导（PFW），并建立了相应的动力学方程，描述了介质层中克尔非线性的PFW中的传播模式。该物理过程与离散的矩阵非线性薛定谔方程相联系，在自散焦条件下，发现了可见光和近红外线的亚波长尺度的高限制环形孤子.此外，由于PFW的圆柱对称性，当增加输入光的强度时，可以进一步改善限制，这意味着环的宽度和半径都减小。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Metasurface Engineering with Tantalum Pentoxide-Coated Microspheres: Tailoring Optical Resonances and Enhancing Local Density of States
National Institute for Research and Development of Isotopic and Molecular Technologies（同位素和分子技术研究发展中心）；CNRS, University of Bordeaux（法国国家科学研究中心，波尔多大学）
研究通过实验和模拟探讨了Ta₂O₅壳层厚度对微球晶格光学共振和Rh6G荧光增强的影响，揭示了壳层厚度与发射体位置共同调控光子共振、局部光学态密度及荧光响应的机制。
2026-07-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Highly Confined Hybrid Spoof Surface Plasmons in Ultra-thin Metal/Dielectric Heterostructures
高度限制的“欺骗”类表面等离子体（SSP）模式的理论预测存在于一个穿孔的金属薄膜涂有一个薄的电介质层。强模限制是由层的附加波导引起的。光谱特性，场分布，和这些SSP的寿命是可调的孔的大小和形状。SSP存在于光线的上方和下方，提供两类应用：“完美”的远场吸收和有效发射到导模。实验表明，这些类等离子体激元模式可以将薄的、弱吸收的半导体薄膜变成理想的吸收体。
2010-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
