Quantization of quasinormal modes for open cavities and plasmonic cavity-QED
我们引入了基于准正规模的第二量子化方案，准正规模是具有复本征频率的泄漏光学腔和等离子体共振器的耗散模。该理论使任意三维耗散共振器的多等离子体/光子Fock态的建设，并给出了一个坚实的理解的限制现象耗散Jaynes-Cummings模型。在一般情况下，我们展示了不同的准正规模式如何通过非对角模式耦合干涉，并演示了这些结果如何影响腔修改的自发发射。为了说明理论的实际应用，我们使用金纳米棒二聚体和混合电介质-金属腔结构的例子。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
2D semiconductors as integrated light sources for plasmonic waveguides
研究利用范德华力兼容性，将剥离的单层TMDC薄片与等离激元狭缝波导及偶极子天线耦合器集成，实现光致发光注入波导，为多平台PIC提供通用片上光源方案。
2025-06-11 physics.app-ph physics.optics
Quasinormal mode theory and modelling of electron energy loss spectroscopy for plasmonic nanostructures
利用局域表面等离子体激元（LSP）理解光-物质相互作用是经典和量子等离子体激元学的基本兴趣，并具有广泛的应用。为了了解LSP的空间特性，电子能量损失谱（EELS）是一种常见的和强大的空间解析的极端局域化的领域，可以得到与金属谐振器的方法。然而，一般形状的谐振器建模EELS提出了一个重大的挑战，在计算电动力学，需要作为两个空间点和频率的函数的全光子格林函数。在这里，我们提出了一个直观的和计算简单的方法计算EELS地图的等离子体共振器使用准正规模（QNM）的扩展技术。通过分离QNM和体材料的贡献，我们给出了等离子QNM对EELS图贡献的解析公式。我们将我们的技术应用于裂环共振器、金纳米棒和纳米棒二聚体结构。该方法是准确的，直观的，并给出了直接偶极子模拟，数值求解全三维麦克斯韦方程组的数量级的改进。我们还展示了如何可以使用相同的QNM格林函数来获得从量子偶极发射器或两个能级原子的Purcell因子（和投影局部光态密度），我们演示了如何在一般的EELS光谱的光谱特征不同。
2016-03-20 cond-mat.mes-hall 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
Strong Coupling of Two-Dimensional Excitons and Plasmonic Photonic Crystals: Microscopic Theory Reveals Triplet Spectra
本文发展了自洽Maxwell-Bloch理论，研究TMDC单层与等离激元光子晶体的强耦合，揭示金-MoSe₂结构中超过100 meV的劈裂及三重发射峰形成机制。
2023-09-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quasinormal-mode perturbation theory for dissipative and dispersive optomechanics
尽管从耗散光机械耦合产生的几个新的功能，这种效果仍然大大未开发，由于缺乏一个简单的形式主义，捕捉非厄米性的光机械系统。在这封信中，我们表明，准正规模式为基础的微扰理论是能够正确地预测色散和耗散光机耦合。我们验证我们的模型，通过模拟，并与文献中报道的实验结果进行比较。最后，我们将这种形式主义的等离子体系统，用于分子光学力学，在那里观察到的振动模式的放大强耗散耦合签名。
2020-10-05 physics.optics
Three-dimensional integral equation approach to light scattering, extinction cross sections, local density of states and quasinormal modes
我们提出了一个数值形式求解李普曼-施温格方程的电场在三维空间。的形式主义可以适用于不同形状的散射体，并嵌入在不同的背景介质中，我们开发的具体情况下，在均匀的背景介质中的球形散射体详细。此外，我们还展示了几个物理上重要的量可以很容易地计算的形式主义。这些量包括消光截面、总格林张量、投影局域态密度和Purcell因子以及泄漏谐振腔的准正规模与相关的谐振频率和品质因数。我们证明了由两个银纳米粒子组成的众所周知的等离子体二聚体的计算，从而说明了先进的纳米光子器件建模中使用的形式主义的多功能性。
2013-05-22 physics.optics
TMDC-based topological nanospaser: single and double threshold behavior
我们从理论上研究了一种拓扑纳米激光器，它由一个银纳米球和一个圆形的MoS $_2$单层构成。金属纳米球体充当支持两个旋转模式的等离子体纳米谐振器，其耦合到MoS $_2$的相应谷。我们应用外部圆偏振光，其选择性地仅泵浦MoS $_2$的谷中的一个。所产生的spaser动力学强烈地依赖于MoS $_2$纳米片的尺寸（半径）。对于较小的半径，当仅产生手性匹配的等离子体激元模式时，系统仅具有一个spasing区域，而在较大的MoS $_2$尺寸下，取决于泵浦强度，存在两个区域。在一种机制中，仅产生手性匹配的等离子体激元模式，而在另一种机制中，手性匹配和手性失配模式都存在。不同的Spaser工作状态也具有Spaser系统辐射的远场的相反旋向性。这种拓扑纳米激光在红外光谱、传感、探测和生物医学治疗等不同领域具有潜在的应用前景。
2021-01-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic nanocavity modes: From near-field to far-field radiation
在过去的十年中，纳米技术的进步导致了等离子体纳米腔的发展，其促进了环境条件下的光-物质强耦合。最强大的例子是纳米粒子上镜（NPoM）的结构，其几何形状控制亚纳米精度。此类纳米腔中激发的等离子体激元对纳米腔的确切形态极其敏感，从而产生意想不到的光学行为。到目前为止，大多数关于这种纳米腔的理论和实验研究都仅仅基于它们的散射和吸收特性。然而，这些方法不提供NPoM的完整光学描述。在这里，NPoM被视为一个开放的非保守系统，支持一组光子准正规模式（QNM）。通过研究纳米腔的形态学相关的光学性质，我们提出了一个简单而全面的命名法的基础上球谐函数和报告光谱重叠的明亮和黑暗的纳米间隙本征模。近场和远场光学性质的NPoMs进行了探索，揭示了复杂的多模式相互作用。
2019-10-05 physics.optics
Ultrasensitive and highly accurate long-range surface plasmon resonance biosensors based on two-dimensional transition metal dichalcogenides
二维过渡金属二硫属化合物（TMDCs）作为石墨烯的替代等离子体支持材料，在传感领域具有潜在的应用前景。在这里，我们提出了一种超灵敏，准确的远程表面等离子体共振（LRSPR）成像生物传感器与二维TMDC层，它显示出更高的检测精度比传统的SPR生物传感器。结果表明，与以往石墨烯基LRSPR或SPR成像传感器的成像灵敏度随石墨烯层数的增加而降低不同的是，TMDC层的加入可以提高LRSPR生物传感器的成像灵敏度.硫族化合物-Cytop-gold-TMDCs生物传感器的灵敏度增强或降低效应取决于金薄膜和Cytop层的厚度。可以获得大于4000 $\text{RIU}^{-1}$的成像灵敏度，具有大于120 $\text{deg}^{-1}$的高检测精度。我们期望所提出的TMDCs介导的LRSPR成像传感器可以提供潜在的应用在化学传感和生物传感的高灵敏度和准确的同时检测多个生物分子的相互作用。
2017-09-26 cond-mat.mes-hall physics.app-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
Nanophotonics with 2D Transition Metal Dichalcogenides
二维过渡金属二硫属化物（TMDC）最近已成为用于若干光电应用的有吸引力的半导体材料，诸如光电探测、光捕获、光电晶体管、发光二极管和激光器。它们特别有吸引力，因为它们的带隙位于可见光和近红外范围内，并且它们具有强激子共振，高振子强度和谷选择性响应。将这些材料耦合到光学纳米腔增强了激子发射的量子产率，从而实现了先进的量子光学和纳米光子器件。在这里，我们回顾了基于单层TMDC耦合到等离子体和介电纳米腔的混合激子极化激元结构的最新进展。首先，我们一般讨论二维WS 2，WSe 2，MoS 2和MoSe 2材料的光学性质，特别注意它们的能量和光致发光/吸收光谱，激子精细结构，激子形成和谷去极化的动力学。然后，我们讨论了混合激子极化激元结构中的光-物质相互作用。最后，我们专注于弱耦合和强耦合制度在单层TMDCs为基础的激子极化激元系统，展望研究方向和未来的机会，基于这种新的材料平台。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Single-crystalline gold nanodisks on WS$_2$ mono- and multilayers: Strong coupling at room temperature
在室温下将光与物质的相互作用设计到强耦合状态是现代纳米光子学的基石之一。实现这一目标将为潜在的应用，如量子信息处理，量子光源，甚至量子精密测量提供新的平台。像过渡金属二硫属化物（TMDC）和特别是二硫化钨（WS $_2$）这样的材料具有与基于荧光体的量子点相当的大的跃迁偶极矩，以及强的激子结合能，允许在室温下详细探索光-物质相互作用。此外，最近的工作表明，耦合TMDC与等离子体纳米腔与光紧密聚焦在纳米尺度上可以达到强耦合制度在环境条件下。在这里，我们使用超薄单晶金纳米盘具有大的面内电磁偶极矩对准位于单层WS $_2$的激子跃迁偶极矩。通过散射和反射光谱，我们证明了强耦合在室温下与拉比分裂的$\sim$ 108毫电子伏。为了进一步研究强耦合机制，并受到Stülberg等人最近实验工作的启发，我们将这些纳米盘耦合到多层WS $_2$。由于激子耦合到我们的纳米盘的数量增加，我们实现了拉比分裂的$\sim$ 175毫电子伏，主要增加了62%。据我们所知，这是所报道的耦合到开放等离子体腔的TMDC的最高拉比分裂。我们的研究结果表明，超薄单晶金纳米盘耦合到WS $_2$代表了一个精致的平台，探索光物质的相互作用。
2018-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Symmetry-Engineered Magnetic Dipole Emission in Plasmonic Core-Satellite Resonators
Univ. Bordeaux, CNRS, CRPP, UMR 5031（波尔多大学）；Institut Langevin, ESPCI Paris, Université PSL, CNRS（巴黎高等物理化工学院）；Sorbonne Université, CNRS, Institut des Nanosciences de Paris, INSP（索邦大学）；Univ. Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, ICMCB, UMR 5026（波尔多大学）；Institut Universitaire de France（法国大学研究所）
通过等离激元核心-卫星谐振器实现强磁偶极子发射，利用对称性增强磁光相互作用，提升量子效率和辐射效率，抑制电偶极子贡献。
2026-04-09 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
Dissipation in the Broadband and Ultrastrong Coupling Regimes of Cavity Quantum Electrodynamics: An Ab Initio Quantized Quasinormal Mode Approach
该研究针对宽带光-物质相互作用下腔QED唯象耗散方法的不足，从头推导了基于准简正模量化的量子主方程，验证了其有效性并揭示了宽带耗散区域的新判据与单模模型的限制。
2025-07-30 physics.optics quant-ph
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
Quantum Quasinormal Mode Theory for Dissipative Nano-Optics and Magnetodielectric Cavity Quantum Electrodynamics
本文提出了一种基于宏观QED和复坐标变换的统一理论框架，实现对磁电谐振腔的准正常模式量化，为量子纳米光学实验提供了理论基础。
2025-12-19 physics.optics quant-ph
Dissipative Coupling in Photonic and Plasmonic Resonators
本文提出耦合准正规模（cQNM）框架，以严格闭式系数描述光子与等离子体谐振器在弱耦合、高Q值区间外的耗散耦合，并准确预测零耦合与能级吸引等现象。
2025-07-27 physics.comp-ph physics.optics
Modes and Mode Volumes of Leaky Optical Cavities and Plasmonic Nanoresonators
光子和等离子体共振器中的电磁腔模式提供了丰富而有吸引力的机制来定制光-物质相互作用的性质。然而，令人不安的是，对于什么构成了腔模，缺乏精确的定义，因此它们的数学性质在很大程度上仍然不明确。定义的缺乏部分地由所使用的不同的命名法-“共振”、“漏模”、“准模”-证明，仅举几例-表明腔模的耗散性质在某种程度上使它们不同于其他模，但很少作出明确的区分。这篇透视文章旨在向读者介绍一些微妙之处和工作定义，这些定义在描述泄漏光学腔和等离子体纳米谐振器的模态特性时可以严格应用。我们描述了该领域的一些最新进展，包括{光子和等离子体谐振器的准正规模的计算方法和广义有效模体积的概念，}并以光子晶体和纳米等离子体领域的几种代表性腔结构来说明该理论。
2013-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum-hydrodynamic modal perspective on plasmonic gap structures
本文采用基于QHT的QNM分析研究纳米球二聚体跨越接触区间的等离激元模式转变，揭示非局域阻尼作用并提出电荷转移效率指标。
2024-12-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Impact of mode regularization for quasinormal mode perturbation theories
本研究针对开放谐振器腔外微扰下准简正模（QNM）微扰理论的发散问题，提出QNM正则化思路，通过一维和三维案例验证其可避免远场空间发散，同时指出高阶效应等因素的影响。
2022-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tailoring the band structure of plexcitonic crystals by strong coupling
过渡金属二硫属化物具有激子主导的光学行为，是在可见光范围和环境条件下实现强光-物质相互作用的有前途的材料。当这些材料与金属组合时，由于在界面处的混合金属-TMDC结构中形成多激子，金属中的等离子体激元的能量限制能力低于衍射极限，允许进一步增强和定制光-物质相互作用。在此，我们证明了等离子体激元晶体中的准传播等离子体激元与WSe 2中的激子之间的耦合，提供了用于定制等离子体激元晶体结构的能带结构的多振荡器操场，并导致出现平坦带。阴极射线发光光谱和角度分辨测量结合数值计算的光子能带结构确认强激子-等离子体激元耦合，导致显着的变化，在带图的混合晶格和能力，通过强耦合定制的带图。这里研究的混合plexcitonic晶体结构维持光波具有非常低的群速度。这些结果可用于设计基于强耦合效应的可调谐慢光结构，并为普激子拓扑光子结构的实现铺平了道路。
2022-01-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hyperbolic Metamaterial Nano-Resonators Make Poor Single Photon Sources
本文利用准正规模方法研究了双曲型超材料纳米谐振器耦合量子偶极子辐射源的光学性质。我们表明，耦合到超材料纳米谐振器可以导致显着的Purcell增强，这是近一个数量级大于等离子体共振器具有可比的几何形状。然而，相关联的单光子输出$β$ -因子极低（大约10 $\%$），远小于可比尺寸的金属谐振器的那些（70 $\%$）。使用准正规模式展开的光子格林函数，我们描述了如何低的$β$ -因素是由于增加欧姆淬灭所产生的红移共振，较大的品质因数，和较强的限制光内的金属。与目前的智慧相反，这些结果表明双曲超材料纳米结构对于单光子源来说是糟糕的选择。
2017-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Gain-modified emission dynamics between two quantum emitters in a plasmonic gain cavity system
本文提出增益介质中两个量子发射体的增益修正发射动力学理论，推导Born-Markov主方程和Bloch方程，并应用于等离子体增益腔金属二聚体，揭示增益对衰减率、纠缠熵及非平凡非相干耦合项的影响。
2025-03-17 physics.optics quant-ph
Strong coupling of monolayer WS2 excitons and surface plasmon polaritons in a planar Ag/WS2 hybrid structure
本研究利用全内反射椭偏测量技术，在Ag/Al2O3/单层WS2平面堆叠结构中实现了A激子与表面等离激元极化激元的强耦合，为等离激元调制器和传感器应用开辟了新前景。
2023-06-28 cond-mat.mtrl-sci 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
Black-Box Coupled-Mode Theory: An Ab Initio Framework to Model Electromagnetic Interactions of Open, Lossy, and Dispersive Resonators
时间耦合模理论（TCMT）为电磁谐振器系统的建模和分析提供了一个简单而强大的平台。然而，限制性的假设和缺乏严格的麦克斯韦方程组的联系限制了TCMT制定的通用性和鲁棒性。在这里，我们提出了黑盒耦合模理论（BBCMT），一个通用的从头计算CMT框架开发的麦克斯韦方程组和准正规模（QNM）理论模型的色散，损耗和开放的谐振器的电磁相互作用。BBCMT的发展是通过采用坡印廷和共轭互易定理严格规范化QNM和计算其膨胀系数。我们的新QNM分析方法允许定义谐振器哈密顿矩阵来表征模式的电磁相互作用、能量存储和吸收。独特的是，BBCMT框架可以通过将谐振器散射场视为背景结构的扰动来捕获谐振器的非谐振散射和吸收，考虑到所需的精度-简单性权衡，可以灵活地选择背景结构。BBCMT建模的复杂性可以通过将谐振器系统的用户定义的子组件视为仅由其输入-输出传递特性描述的黑盒来进一步调整。在BBCMT公式之外，我们提出了两个引理来从计算或测量的远场光谱中逆向工程建模参数。此外，我们引入控制理论的信号流图来说明，解释和解决BBCMT方程。为了证明BBCMT的有效性和普遍性，我们比较了两个等离子体纳米谐振器系统的BBCMT和TCMT预测的时域有限差分模拟，发现BBCMT结果是一个更好的匹配。在一定的约束和近似下，BBCMT简化为TCMT或腔微扰理论。
2020-11-19 physics.optics
