Exact steady state of a Kerr resonator with one- and two-photon driving and dissipation: Controllable Wigner-function multimodality and dissipative phase transitions
我们目前的稳态密度矩阵的一般类的驱动耗散系统组成的非线性克尔谐振器中存在的相干（单光子）和参数（双光子）驱动和耗散的精确结果。由于解析解，通过复杂的P-表示形式主义，我们能够探索任何制度，包括光子封锁，多光子共振效应，和介观制度与大光子密度和量子关联。我们展示了如何单光子和双光子驱动之间的相互作用提供了一种方法来控制的多模态的维格纳函数的制度，半经典理论表现出多稳定性。我们还研究了在大光子数的热力学极限下耗散相变的出现。
2016-09-27 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Coupled-Resonator Optical Near-Field Lithography
研究了利用介质或等离子体平面谐振器在共振增强近场光刻中形成斑图形成的问题。利用平面谐振腔的旋转不变性，可以产生亚衍射极限的亮斑或暗斑。为了增加谐振增强的空间带宽，耦合平面谐振器的阵列可以打开布洛赫谐振的频带，类似于耦合谐振器光波导。
2008-04-21 physics.optics
Simulation of diffraction and scattering using the Wigner Distribution Function
针对X射线相位衬度成像模拟无法复现实验低频噪声的问题，提出基于Wigner Distribution Function的逐光子模拟方法，可同时模拟波粒效应，经高斯双缝实验验证，有望实现低剂量成像的真实模拟。
2024-03-12 eess.IV physics.optics
The role of the Wigner distribution function in iterative ptychography
重叠关联成像采用一组衍射图案，当局部光束在样品上移动时，该衍射图案捕获关于被照射样品的冗余信息。这种方法的鲁棒性来自数据集的冗余，而数据集的冗余又取决于过采样的量和照明的形式。虽然过采样在重叠关联中的作用已经被很好地理解，但照明结构却不能这么说。本文提供了一个矢量空间模型的重叠关联，占照明结构的方式，突出的作用，在迭代重叠关联的维格纳分布函数。
2015-04-24 physics.optics
Hyperbolic Transverse Patterns in Nonlinear Optical Resonators
我们考虑一个非线性光学系统，特别是一个宽口径激光器，在谐振腔中，衍射系数沿两个横向方向的符号相反。该系统由双曲Maxwell-Bloch方程描述，其中空间耦合由DAlambert算子而不是Laplace算子提供。我们发现，该系统支持双曲横向图案居住在双曲线在远场域，并在近场域拉伸涡组成。这些结构的解析描述的规范形式分析，并进行了数值研究。
2005-01-21 physics.optics
Compact electric-LC resonators for metamaterials
本文提出了电LC（ELC）谐振器的替代设计，这是一种超材料夹杂物。在谐振器上安装叉指电容器（IDC）有助于增加结构的总电容。实际上，其谐振频率向下移动。这意味着相对于其工作波长减小的整体谐振器尺寸。因此，由IDC加载的ELC谐振器阵列及其集体电磁响应组成的超材料具有改善的均匀性，因此受单个细胞的衍射效应的影响较小。将IDC纳入ELC谐振器在谐振时的电气尺寸和其他相关属性的影响进行了研究，通过仿真和实验。
2010-09-01 physics.optics
Vibrational high-harmonics and period-doubling bifurcation probed by time-resolved electron diffraction
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy (RUN)（雷根斯堡超快纳米学中心）；Center for Chiral Electronics（手性电子学中心）
利用超快透射电镜中的会聚束电子衍射，实现了对纳米机械振子非线性动力学（包括Duffing行为、多模耦合和倍周期分岔）的时空映射，空间分辨率达纳米级，时间分辨率为5纳秒。
2026-06-29 physics.ins-det physics.optics
Negative diffraction pattern dynamics in nonlinear cavities with left-handed materials
我们研究了一个环形腔中填充了一个右手材料的平板和一个左手材料的平板。假设两层都是非线性克尔介质。首先，我们推导出光在左手材料中传播的模型。通过构建一个平均场模型，我们表明，衍射的符号可以是积极的或消极的，在这个谐振器中，取决于层的厚度。随后，我们证明了调制不稳定性的动力学行为的强烈影响的衍射系数的符号。最后，我们研究了该谐振器中的耗散结构，并揭示了在空间周期性结构的形成上的二维向上切换过程的优势，导致截断的均匀的磁滞循环。
2010-03-02 nlin.PS physics.optics
Application of Volume diffraction grating for TeraHertz lasing in Volume FEL (VFEL)
研究了金属丝构成的体谐振腔中感应辐射的产生。结果表明，使用这种体积衍射光栅可以提高太赫兹范围内的激光效率。得出了对光束和光栅参数的要求。
2002-09-06 physics.gen-ph physics.optics
Optical characterization of ultra-high diffraction efficiency gratings
报道了一种超高衍射效率的一阶Littrow光栅的光学特性。所用的装置是一个光学谐振腔，由所研究的光栅和一个附加的高反射镜组成。腔精细度的测量提供了关于光栅的衍射效率及其光学损耗的精确信息。我们测量了1580的精细度，由此我们推导出衍射效率为（99.635 $\pm$ 0.016）%，并且由于散射和吸收的总光学损耗仅为0.185%。这种高质量的光栅，包括用于表征它们的工具，可能适用于未来的引力波探测器。例如，所展示的腔本身呈现出全反射、低损耗法布里-珀罗谐振器，其可以替代先进的高功率迈克耳孙干涉仪中的常规臂腔。
2007-07-05 physics.optics
Spin-orbit interaction of light in three-dimensional microcavities
本文研究了三维圆柱形和管状回音壁模谐振腔中光的自旋-轨道耦合。我们表明，它的起源是光的横向限制在谐振器的墙壁，即使在没有不均匀性或各向异性。自旋-轨道相互作用导致椭圆远场极化（自旋）态，并导致远场极化旋向的空间分离。沿着谐振腔高度，随着激发数的增加，回音壁模式的椭圆度和空间分离度都得到了增强。分析了锥状微腔远场椭圆率的不对称性和偏振方向的倾斜。此外，我们发现了一个直接的关系，在远场的偏振方向的倾斜和本地倾斜的谐振腔壁。我们的研究结果是基于FDTD模拟和三维衍射理论的支持。
2020-07-13 physics.optics
Michelson interferometer with diffractively-coupled arm resonators in second-order Littrow configuration
迈克尔逊型激光干涉引力波（GW）天文台采用非常高的光功率以及透射耦合的法布里-珀罗臂谐振器以实现高测量灵敏度。由于透射光学器件中的吸收，高功率导致热透镜效应，从而导致激光束轮廓的热畸变，这对GW观测站中可采用的最大光功率设置了限制。在这里，我们提出并实现了一个迈克尔逊型激光干涉仪与臂谐振器，其耦合组件是全反射二阶利特罗光栅。原则上，这种光栅允许谐振器的高精细度值，但避免激光的体传输，从而避免相应的热光束失真。所使用的光栅具有三个衍射级，这导致产生第二信号端口。我们从理论上分析了所提出的拓扑结构的信号响应，并表明它是等效于传统的迈克尔逊型干涉仪。在我们的原理验证实验中，我们在臂谐振器内生成相位调制信号，并在两个信号端口同时检测它们。考虑到光损耗，和信号被证明是等效于具有透射耦合臂腔的单输出端口迈克耳孙干涉仪。建议和演示的拓扑结构是未来全反射GW天文台设计的一种可能的方法。
2012-09-10 physics.optics
Simple wave-optical superpositions as prime number sieves
我们将素数序列编码为相同波的简单叠加，模仿埃拉托斯特尼的原型素数筛。素数被确定为零伴随着相位奇点在物理生成的波场整数值动量。类似地，质数被编码在来自简单的单个孔径的衍射图案中以及单个振动谐振器的谐波中。此外，衍射物理学与数论的联系揭示了如何编码所有高斯素数，孪生素数，以及如何构建振幅等于整数空间频率的除数函数的波场。值得注意的是，所有这些基本的衍射现象都表明，自然不规则的素数序列可以产生于平凡有序的波叠加。
2019-03-12 physics.optics
Zeno dynamics in wave-packet diffraction spreading
本文分析了一种简单可行的观测自由演化引起的波包扩展的方法，该方法显示了Zeno、anti-Zeno和inverseZeno效应。该方案对经典光波的空间衍射和量子波包的时间衍射都是有效的。在光学实现中，通过在光源和光功率检测器之间放置狭缝来观察衍射扩展。我们表明，芝诺或反芝诺效应的发生取决于源和检测器之间的观测频率。这些效应被认为是与法布里-珀罗谐振腔中的衍射模理论有关。
2011-11-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Fractional Talbot effect in phase space: A compact summation formula
本文给出了周期光栅一维菲涅耳衍射中分数泰伯效应的相空间描述。使用相空间形式主义的魏格纳函数的塔尔博特距离的有理倍数的紧凑的求和公式推导。求和公式表明，相空间中的分数Talbot图像是由源场的空间位移Wigner函数的有限和产生的。
1997-11-06 physics.optics quant-ph
Transparent subdiffraction optics: nanoscale light confinement without metal
纳米电子学与传统光学器件的集成受到光的衍射极限的限制。金属可以将光限制在所需的亚波长范围内，但它们是有损耗的，而介电材料不能将倏逝波限制在波导或谐振器之外，从而导致组件之间的串扰。我们介绍了光限制策略的范式转变，并表明光可以被限制在衍射极限以下，使用完全透明的人工介质。我们的方法依赖于控制倏逝波的光学动量，这是光子器件中被忽视的一个重要电磁特性。对于实际应用，我们提出了一类波导使用这种方法，优于串扰性能的1个数量级相比，任何现有的光子结构。我们的工作通过完全避免使用金属克服了纳米光子学的一个关键障碍，并且可以影响从可见光到微波频率范围的电磁设备。
2014-10-03 physics.optics
Temporal solitons in optical microresonators
耗散孤子可以出现在光学、医学和生物学等领域的各种耗散非线性系统中。在克尔非线性光学谐振腔中也可以存在耗散孤子，并且耗散孤子一方面依赖于参量增益和谐振腔损耗之间的双重平衡，另一方面依赖于非线性和衍射或色散之间的双重平衡。从数学上讲，这些孤子是Lugiato-Lefever方程的解，并且存在于连续波（cw）背景之上。本文报道了在高Q光学微谐振腔中观测到的时间耗散孤子。当抽运激光通过高Q谐振的有效零失谐点时，自发产生孤子，从而实现有效的红失谐抽运。红失谐泵浦标志着非线性微谐振器的一种全新的工作方式。虽然通常是不稳定的，但在没有任何主动反馈的情况下，该机制在孤子存在下获得了唯一的稳定性。谐振腔中孤子的数量可以通过泵浦激光失谐来控制，并且孤子状态之间的跃迁与谐振腔传输中的不连续步骤相关联。除了能够研究孤子物理，如孤子晶体，我们的观察打开了通往紧凑，高重复率飞秒光源，其中工作波长不受宽带激光增益介质的可用性的路线。单孤子状态在频域中对应于具有平滑频谱包络的低噪声光学频率梳，这对于宽带光谱学、电信、天文学和低相位噪声微波产生中的应用至关重要。
2013-06-27 physics.optics
Tamm Cavity in the Terahertz Spectral Range
基于光学腔或电子电路的电磁谐振器是增强和控制光与物质相互作用的关键元件。在THz范围内，目前的光学腔表现出非常高的品质因数，$(λ/2)^3$模体积受到衍射的限制，而谐振电子电路表现出低品质因数，但提供强的亚波长有效体积（$10^{-6} λ^3$）.为了克服每种谐振器的局限性，人们正在努力提高现有方法的性能或出现新的方法。在这里，我们报道了一种基于新近应用于太赫兹范围的Tamm模式的光学谐振器，其包括分布布拉格反射器上的金属层，并且在$\sim$ 1太赫兹下展示了230的高品质因数。我们进一步的实验和理论表明，微调的Tamm模式的频率（超过250 GHz的范围）和偏振灵敏度的亚波长结构的金属层。电磁模拟还表明，太赫兹Tamm模式被限制在分布式布拉格反射器内的$λ$ /2长度上，并且可以理想地耦合到体材料和2D材料。因此，这些THz Tamm腔作为激光器的基本构建块是有吸引力的，用于开发先进的THz光电子器件，如灵敏检测器，高对比度调制器，窄带滤波器和偏振器，以及用于纳米结构中的THz腔量子电动力学。
2021-03-08 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
A Scanning Cavity Microscope
除了荧光之外，对单个纳米系统的光学性质进行成像可以提供丰富的信息。然而，用于吸收和分散的微小信号是具有挑战性的观察，并且只有需要复杂噪声抑制的专门技术可用。在这里，我们使用扫描光学微腔中的信号增强来演示超灵敏成像。利用探测光与光学谐振器内的样品的多次相互作用，我们实现了1700倍的信号增强衍射极限显微镜相比。我们证明了定量成像的消光截面的金纳米粒子的灵敏度低于1纳米2，我们展示了一种方法，以提高空间分辨率可能低于衍射极限，通过使用高阶腔模式，我们提出了测量的双折射和消光对比度的金纳米棒。所展示的吸收和色散信号的同时增强，为纳米材料、分子和生物纳米系统的光学研究提供了诱人的潜力。
2015-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Phase Space Modeling of Extended Sources Based on Wigner Distribution and Hamiltonian Optics
School of Mathematics and Statistics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学数学与统计学院）；School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学光学与电子信息学院）
本研究提出基于相空间和哈密顿光学的扩展源建模方法，通过Wigner分布函数和数学工具推导不同光源类型的模型并确定其适用条件。
2025-12-08 math-ph math.MP physics.optics
Semi-empirical Quantum Optics for Mid-Infrared Molecular Nanophotonics
具有亚衍射极限模体积和开放几何结构的纳米级红外谐振器已成为实现室温腔量子电动力学的新平台。使用红外（IR）纳米天线和尖端纳米探针研究分子振动与真空场的强光-物质耦合，可用于具有纳米和飞秒分辨率的IR量子控制。为了加速中红外量子纳米光子器件的发展，我们发展了一种普遍适用的半经验量子光学方法来描述中红外飞秒激光脉冲驱动下的光-物质相互作用.该理论重现最近的实验上的振动弛豫率在红外纳米结构的加速，也提供了物理见解的相干相位旋转的近场使用宽带纳米尖的实施。然后，我们应用量子框架开发一般的尖端设计规则的实验操作的振动强耦合和Fano干涉效应在开放的红外谐振器。最后，我们提出了在弱耦合区将分子振动能级的自然非谐性转移到共振器近场的可能性，以实现强脉冲耦合系统响应的强度相关相移。我们的半经验量子理论相当于基于麦克斯韦方程组的第一原理技术，但其较低的计算成本表明其使用的快速设计工具，用于开发强耦合红外纳米光子硬件的应用范围从材料的量子控制到量子信息处理。
2021-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
