Berry phase, Berry Connection, and Chern Number for a Continuum Bianisotropic Material from a Classical Electromagnetics Perspective
量子拓扑绝缘体（PTIs）的性质，如Berry相位、Berry连接和陈数，通常通过在经典麦克斯韦方程和量子力学薛定谔方程之间进行类比来获得，并将两者都写成哈密顿形式。然而，上述量在本质上不一定是量子的，并且对于光子系统，它们可以仅使用经典概念来解释。在这里，我们提供了一个推导和描述的PTI量使用经典的麦克斯韦方程组，我们演示了如何电磁模式可以获得Berry相位，我们讨论了这种效果的后果。我们考虑几个例子，包括波在偏置等离子体中的传播，以及旋转各向同性发射器的辐射。这些概念的讨论没有调用量子力学，可以很容易地从工程电磁学的角度来理解。
2017-01-14 physics.optics quant-ph
Reconfigurable topological states in arrays of bianisotropic particles
拓扑光子学利用系统的时空对称性和电磁场的对偶对称性，提出了一种新的弹性光操纵方法。各种预期的设备应用提出了灵活控制与拓扑模式相关联的鲁棒场定位的需要。在这里，我们设计了一个拓扑阵列的共振介电亚原子的空间对称性约化诱导的双各向异性响应。所设计的元原子的相互取向编码交错的双各向异性图案，能够在包含少量粒子的一维阵列中捕获拓扑状态。我们表明，拓扑界面状态可以定制的同轴双各向异性粒子排列在一个等距晶格的旋转。我们的实验实现基于陶瓷马蹄形磁盘表现出显着的电磁拓扑状态的可重构性。
2022-02-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Wigner measures of electromagnetic waves in heterogeneous bianisotropic media
该研究针对随机非均匀双各向异性介质中高频电磁波传播问题，推导Wigner测度的色散演化特性，得到解耦输运方程与耦合辐射输运方程，为相关电磁波传播分析提供理论支撑。
2024-02-05 math-ph math.MP physics.optics
Maximum Electro-Momentum Coupling in Piezoelectric Metamaterial Scatterers
类似于电磁双各向异性，工程压电超材料可以具有宏观动量和电刺激之间的电动量耦合。这表明压电超材料对于具有额外设计自由度的波散射的适用性，与宏观动量和应变之间具有Willis耦合的声学材料相同。为了充分利用这种新的双各向异性，我们推导出第一次严格的理论界限上的电动量耦合对散射体的能量守恒的基础上，并结合两个声学和电磁极化率张量来分析声学和电磁波下的被动双各向异性散射体。我们推导出的边界进行了验证，通过比较它们与散射解析解。结果表明，双各向异性的散射性能可以通过电-动量耦合的帮助下，非双各向异性项相同的顺序，即使是简单的设计与小威利斯耦合。我们进一步揭示了利用电子动量耦合的可调散射隐身应用的亚波长尺寸的散射体的可能性。这揭示了压电超材料的可调散射装置，其中双各向异性可以通过外部电刺激调制的有前途的潜力。
2022-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Design, Concepts and Applications of Electromagnetic Metasurfaces
本文综述了我们最近的工作，合成的元表面和相关的概念和应用。该合成是基于广义片过渡条件（GSTC）与双各向异性表面磁化率张量模型的metasurface结构。我们首先将元表面在一个适当的历史背景下，并描述了GSTC技术与一些基本的磁化率张量的考虑。在此基础上，我们接下来提供了我们的结晶性GSTC合成技术的深入发展。最后，我们提出了五个最近的超表面的概念和应用，其中包括主题的双折射变换，双各向异性折射，光发射增强，远程空间处理和非线性二次谐波产生。
2017-12-02 physics.optics
A Combined Machine-Learning / Optimization-Based Approach for Inverse Design of Nonuniform Bianisotropic Metasurfaces
基于远场约束的电磁元表面设计，而不需要对元表面两侧的场的完全了解，通常是一个耗时且迭代的过程，其严重依赖于物理学和自组织方法。本文提出了一种端到端的系统和有效的方法，其中设计者输入高级远场约束，如零点，旁瓣电平和主波束电平;并返回一个3层非均匀无源，无损，欧米茄型双各向异性电磁元表面设计，以满足它们。实现远场准则的表面参数，发现使用交替方向的乘子法的均匀化模型来自矩量法。该模型考虑了有限表面的边缘效应和非均匀阻抗片中的互耦效应。通过与基于机器学习的代理模型集成的物理单元格空间的优化用于从物理元原子（或单元格）设计实现期望的表面参数。两个无源无损的例子与不同的馈电系统和远场约束，以证明这种方法的有效性。
2021-05-28 physics.optics
Fundamental Properties and Classification of Polarization Converting Bianisotropic Metasurfaces
我们提供了一个详细的讨论的电磁建模和分类的极化转换双各向异性超颖表面。为此，我们首先提出了一种通用的方法来计算这种超颖表面的散射响应，这依赖于一个广义片过渡条件为基础的磁化率模型。然后，我们回顾了如何的互易性，能量守恒，旋转不变性和匹配的基本属性可能会表示在元表面的极化率和散射参数，并显示这些属性可能会影响和限制的极化效应的元表面。最后，我们将超颖表面的磁化率模型与散射粒子的结构对称性及其相关的极化效应联系起来。因此，这项工作提供了一个详细的理解超颖表面的偏振转换特性，并可能被证明是特别感兴趣的实际实施。
2020-08-13 physics.optics
Finite frequency external cloaking with complementary bianisotropic media
研究了由几何变换导出的负折射非均匀双各向异性（NRHB）介质构成的圆柱壳的双重功能。数值模拟结果表明，壳增强了他们的散射由一个完美的导电（PEC）的核心，而它大大减少了散射的电磁波由紧密定位的偶极子壳包围双各向异性的核心时。前者可以归因于顺势疗法效应，即一个小的PEC物体像一个大的一样散射，如数值所证实的，而后者可以归因于互补的双各向异性介质的空间抵消，支撑着抵消小物体发射的场的异常共振（外部隐身）。空间抵消进一步用于隐身位于具有相同形状和相反折射率的孔的NRHB板附近的NRHB有限尺寸目标。这种有限频率的外部隐身也可以用NRHB柱面透镜来实现。最后，我们研究了鸵鸟效应，即NRHB板和圆柱透镜的散射与简化参数隐藏的偶极子在准静态极限的存在。
2013-12-29 physics.optics
Diverse surface waves supported by bianisotropic metasurfaces
结构化金属表面（即超颖表面）支持的表面波近年来引起了广泛的关注。它们有希望用于各种应用，从集成光子电路到各种频率范围内的成像和生物传感。在这项工作中，我们表明，不同的偏振配置的表面状态可以支持由一个单一的层的双各向异性超材料元件组成的超表面。该结构具有D2 d对称性，包括xz和yz平面内的镜像对称性，以及沿y = +-x轴的C2旋转对称性。由于这种独特的对称性，超表面支持沿kx和ky方向的横向电场（TE）和横向磁场（TM）波，而沿ky = ±-kx方向的纯纵向模式和椭圆偏振横向电磁（TEM）模式。超表面上的表面模式的多功能性可能导致新的表面波现象和器件应用。
2022-03-23 physics.app-ph physics.optics
Dynamics of slowly varying fields in bianisotropic media
建立了色散、耗散、双各向异性介质中长波包的激发和传播等准单色电磁过程的理论框架。与这些过程相关的时变电磁场被表示为两个函数的乘积：缓慢变化的复振幅（SVCA）和快速振荡的载波。材料参数被视为运营商的时间依赖的电磁场。通过将这些算子在麦克斯韦方程组中关于小时间尺度参数展开成一系列，得到了这种介质中电磁场SVCA的方程组。在线性情况下，对应于电场和磁场的横向分量的SVCA的动态方程类似于矢量传输线方程。所得到的方程组被用来推导双各向异性介质中电磁场SVCA的并矢格林函数。该框架适用于模拟部分相干电磁辐射在材料中的传播，其参数可能取决于已经通过它的EM能量的量。相同的框架可以用于研究调制的EM波通过波导系统，包括双各向异性超材料组件的传播。
2018-04-05 physics.optics
Strong Mode Coupling via Quasi-Bound States in the Continuum in Bianisotropic Metasurfaces
Nanophotonics Technology Center, Universitat Politècnica de València（纳米光子技术中心，瓦伦西亚理工大学）；Department of Electronics and Nanoengineering, Aalto University（电子与纳米工程系，阿尔托大学）
本文提出一种简洁通用的时间耦合模理论模型，研究双折射超材料中通过准束缚态连续体实现强模式耦合，揭示了双频非对称反射和吸收的物理机制，并验证了强互易双折射的实现。
2025-12-09 physics.optics
Electromagnetic wave propagation in metamaterials: a visual guide to Fresnel-Kummer surfaces and their singular points
在几何光学近似下研究了光在双各向异性材料中的传播。为此，我们使用由Tamm-Rubilar张量指定的四次一般色散方程，该张量在介质的电磁响应张量中是立方的。收集不同的和显着的菲涅尔（波）表面的收集，并通过库默尔曲面的射影几何统一。
2016-02-26 gr-qc 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
Arbitrary power-conserving field transformations with passive lossless omega-type bianisotropic metasurfaces
我们提出了一个通用的理论，用于设计现实的欧米茄型双各向异性超颖表面（O-BMS），解锁其全部潜力的电磁场成型。这些超颖表面，其特征在于电表面阻抗，磁表面导纳，和磁电耦合系数，以前被认为是波前操纵。然而，以前的报告主要考虑平面波激励，实现包括繁琐的金属功能。在这项工作中，我们证明了任何场变换，局部保存实功率可以实现通过被动和无损的元原子特征在于封闭形式的表达式，这允许严格纳入任意源和散射配置。随后，我们表明，O-BMS元原子可以使用三个阻抗片的非对称堆叠来实现，这是一种用于印刷电路板制造的吸引人的结构。我们的公式表明，相对于惠更斯的超颖表面（HMS），表现出可忽略的磁电耦合，O-BMS不限于控制传输场的相位，而是可以实现高水平的控制反射场的振幅和相位。这是通过设计O-BMS无反射广角折射，独立的表面波引导，和一个高方向性的低剖面天线，验证了全波模拟。这种简单的方法有利于发展的O-BMS为基础的设备，用于控制近场和远场的任意源在复杂的散射配置。
2016-07-06 physics.optics
Electromagnetic Scattering by Spheres of Topological Insulators
系统研究了拓扑绝缘体（TI）球的电磁散射特性。在瑞利散射和米氏散射两种情况下，都发现了由TI的拓扑磁电效应（TME）引起的非常规后向散射。这种增强的后向散射可以通过引入阻抗匹配的背景来实现，该背景可以抑制体散射。对于交叉极化散射系数，有趣的反共振被发现在米氏散射制度，其中的TME效应引起的交叉极化电磁场被困在TI球。在瑞利极限下，可以通过测量散射波的远场电场分量来确定TI的量子化TME效应。
2015-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Novel functionalities enabled by asymmetric reconfiguration in VO2-dielectric metasurfaces
Nanophotonics Technology Center, Universitat Politècnica de València（瓦伦西亚理工大学纳米光子技术中心）；Department of Materials Engineering, KU Leuven（荷语鲁汶大学材料工程系）
本文提出利用热可调硅-VO2超表面动态重构双各向异性，实现透射功率限制、非对称反射等定向功能，为多功能自适应光子超表面提供新自由度。
2026-10-06 physics.optics
Electromagnetic Wave Propagation in GLHUA Invisible Sphere by GL No Scattering Full Wave Modeling and Inversion
利用GL无散射全波建模和反演，在虚拟球体中创建了GLHUA预隐身电磁材料，使球体隐形。这个不可见的球体被称为GLHUA球体。在GLHUA球中，前隐身相对参数不小于1;参数及其导数在边界r=R2上是连续的，并且参数在原点r=0处趋于无穷大。电磁波在球体中的相速度小于光速，在原点趋于零。GLHUA球不会对球外激发的电磁波场产生干扰。利用GL全波方法，严格证明了入射电磁波场在GLHUA球外激发并在球内传播而不受球的散射，球外的总电磁场等于入射电磁波场。此外，我们还证明了在GLHUA球中，当r趋于原点时，电磁波在GLHUA球中的传播趋于零。我们提出了一个$N$维麦克斯韦方程组。GL地球物理实验室保留GLHUA电磁斗篷、GLHUA球体和GL建模与反演方法的所有版权和专利。
2020-04-14 physics.class-ph physics.optics
Electromagnetic energy within single-resonance chiral metamaterial spheres
本文导出了平面波作用下手征色散球内时均电磁能量的精确表达式。色散关系对应于由非耦合单共振螺旋谐振器组成的手性超材料。利用场分解方案和双各向异性介质中电磁能量密度的一般表达式，计算了同时具有磁性和手征性的介质中内场的Lorenz-Mie解.我们还得到了一个明确的内部电磁场和吸收截面之间的解析关系。这一结果被施加到证明，强手性导致弱球内的非共振场增强。absorb.ing
2013-03-04 physics.optics
Realizing broadband electromagnetic transparency with a graded-permittivity sphere
基于广义Mie散射理论和全波条件下的数值模拟，通过精心设计的介电常数梯度球，实现了宽带电磁透明现象，该球在很宽的频率范围内具有极低的散射截面。通过研究极化随频率的变化，揭示了动态极化抵消现象。此外，为了减少实验中实现宽带透明的苛刻条件，本文还提出并验证了一种合理设计的多壳层球。
2014-06-27 physics.optics
Poincaré sphere representation for classical inseparable Bell-like states of the electromagnetic field
具有非均匀偏振模式的经典光束（例如径向和方位角偏振的甜甜圈光束）可以表现出类似量子的特征，例如不可分离性。我们建立了电磁场的径向和方位极化经典模式与两量子比特量子贝尔态之间的精确对应。我们证明了存在一个特殊的表示，这样的经典模式的一对庞加莱球的装置。这些球上的点描述与这种模式的斯托克斯参数，并给出其显式表达式。
2010-07-15 physics.optics
The electromagnetic symmetry sphere: a framework for energy, momentum, spin and other electromagnetic quantities
本研究提出电磁对称球框架，通过将时谐电磁场投影到多种对称相关基中，揭示电磁量的底层数学结构，为统一电磁量关系、研究光与物质相互作用提供新路径。
2024-07-08 physics.optics
Spheres of maximum electromagnetic chirality
近年来，寻找在其发射波场中产生最大电磁手征的物体引起了人们的极大关注。然而，实现这种最大手性是具有挑战性的，因为它通常需要复杂的手性超材料。在这里，我们证明了手征球可以产生最大的手征在其发射波场。具体地说，我们解析地找到了光谱轨迹，在该光谱轨迹处，手征球对于入射场的给定螺旋度变得光学透明，而对于其相反的螺旋度，它们表现为双重对象，即，在散射时，它们保持螺旋性。由于手征球的行为作为对偶对象在第一Kerker条件下的零后向散射，我们显着简化了这个条件的Riccati-Bessel函数。重要的是，我们所有的结果是准确的和适用的多极秩序，折射率对比，光学尺寸，和手性球的内在手性。因此，我们的确切发现可以作为设计具有最大电磁手征特性的新型超材料或超材料的基石。
2023-03-15 physics.optics
Electromagnetic energy within coated spheres containing dispersive metamaterials
推导了平面时谐电磁波照射磁介质涂层球体内时均电磁能的精确表达式。球壳和球芯都被认为是色散和有损耗的，具有各向同性开口环谐振器超材料的现实色散关系。我们分别得到了核和壳层中储存的电磁能的解析表达式，并计算了它们对总平均能量密度的贡献。存储的电磁能量计算两种情况下，涉及超材料涂层球：电介质壳和色散超材料的核心，反之亦然。还得到了存储能量与光吸收效率之间的显式关系。我们表明，存储的电磁能量是一个可观察到的场干扰负责Fano效应。这一结果，以及Fano效应更可能发生在具有负折射的超材料中的事实，表明我们的研究结果可能会在应用中进行探索。
2018-09-16 physics.optics
Electromagnetic scattering by homogeneous, isotropic, dielectric-magnetic sphere with topologically insulating surface states
将均匀各向同性介质磁球电磁散射的Lorenz-Mie公式推广到包含表面导纳为$γ$的拓扑绝缘表面态。推导了散射场相量系数相对于入射场相量系数的展开式。这些膨胀系数被用来获得分析表达式的总散射，消光，前向散射和后向散射的球体的效率。共振存在相对较低的值的$γ$，当球是非耗散或弱耗散。对于大值的$γ$，散射特性接近于完美的导电球，无论球是由耗散或非耗散材料组成，也无论该材料是否支持具有正或负相速度的平面波传播。
2020-03-29 physics.optics
Comment on the use of the method of images for calculating electromagnetic responses of interacting spheres
在这篇评论中，我认为黄，俞，顾和合著者[物理评论E，65，21401（2002）;物理评论E，69，51402（2004）]来计算有限频率下相互作用的球体的电磁特性是不适用的，并且不提供物理上有意义的近似。
2005-05-26 physics.optics
Spectral theory of electromagnetic scattering by a coated sphere
在本文中，我们介绍了一种替代的表示电磁场散射的均匀球覆盖均匀厚度的均匀层。具体来说，我们扩大了散射场使用一组模式，是独立的涂层的介电常数，而膨胀系数是简单的有理函数的介电常数。我们开发的理论代表了一个框架，用于分析等离子体和光子模式和一个简单的方法来设计涂层的介电常数，以追求规定的定制的散射场。为了说明这种方法的实际意义，我们设计的涂层的介电常数为零的背散射或规定的多极阶的散射场，并最大限度地提高电场组件在一个给定的空间点。
2017-02-15 physics.optics
Electromagnetic interaction of arbitrary radial-dependent anisotropic spheres and improved invisibility for nonlinear-transformation-based cloaks
建立了电磁波与一般径向各向异性斗篷相互作用的解析方法。它能够处理任意参数（$ε_r(r)$，$μ_r(r)$，$ε_t(r)$和$μ_t(r)$）的径向各向异性非均匀壳。首次从波动关系出发提出了一般的隐身条件。我们推导出一类新的球形非线性斗篷的参数，并研究其在各种非线性情况下的隐形性能所提出的方法。通过优化非线性变换和核壳比，获得了具有较好隐身性能的球形超材料隐身衣。
2009-10-01 physics.optics
Time averaged total force on a dipolar sphere in an electromagnetic field
建立了亚波长粒子在时谐变化场中的时均合力。我们的分析是没有限制的入射场的空间依赖性。为了正确处理散射力，我们讨论了在极化率中加入辐射反应项。作为一个结果和说明，我们评估了以前建立的几个极化率模型的准确度。
2003-05-12 physics.comp-ph physics.optics
Generating an electromagnetic multipole by oscillating currents
本文从平面相控阵天线与平面波的关系出发，证明了与多极电场成正比的球形电流层或电流球在均匀介质中产生的多极场在整个空间都是相同的。我们计算TE和TM多极球层内外。$l=1$ TM多极子定位在原点处，其焦点在横轴上具有$0.4λ$的半峰全宽，在纵轴上具有$0.58λ$。原点附近的多极场是产生这些多极场所需的电流分布的处方。球形层可以耦合到多极源，因为由于多极场导致的层中的电子的振荡在所有空间中生成多极场，这进而可以驱动多极电流。在一个可极化的球体或球体层中激发一个多极子可以将它耦合到另一个可极化的球体或球体层。
2017-06-25 physics.class-ph physics.optics
van de Hulst Essay: Geometric-phase portrayal of electromagnetic scattering by a three-dimensional object in free space
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本文提出利用几何相位图示自由空间中三维物体电磁散射特性，通过分析不同球体的散射特性，展示其在反散射问题中的应用潜力。
2026-02-06 physics.optics
CELES: CUDA-accelerated simulation of electromagnetic scattering by large ensembles of spheres
CELES是一个免费的MATLAB工具箱，用于模拟许多球形粒子的光散射。CELES以高计算性能为目标，利用块对角预处理（一种查找表方法）来评估昂贵的功能，并使用CUDA计算平台在NVIDIA图形处理单元上进行大规模并行执行。这些技术的组合允许在廉价的消费者硬件上有效地解决大的电动力学问题（$>10^4$散射体）。在本文中，我们验证了近场和远场分布对完善的多球$T$矩阵（MSTM）代码，并讨论了不同大小的合奏，包括一个示例性的系统，包括$10^5$粒子的收敛行为。
2017-06-06 physics.comp-ph physics.optics
Experimental demonstration of spectrally-broadband Huygens sources using low-index spheres
操纵结构介电介质中共振电和磁多极矩的激发已经解锁了许多复杂的电磁功能。本文介绍了宽带惠更斯光源的实验实现。这个惠更斯源由一个球形粒子组成，该粒子在GHz频率下的一个倍频程以上的谱带上表现出明确的前向散射图案，其中整个后半球的散射被抑制。研究了两种不同的低折射率微球，它们的介电常数不同。这使得它们为前向散射图案提供不同的形状。这种宽带特性的理论理解是基于低介电常数球体中谐振电和磁多极矩在振幅和相位上的近似相等。这是近似电磁对偶对称性的关键条件，电磁对偶对称性与球对称性一起抑制后向散射。有了这样的配置，即使磁性材料不可用，宽带惠更斯源也可以设计。本文提供了使用低折射率球设计宽带惠更斯源的指导方针，这对大量的应用可能是有价值的。
2019-01-26 physics.class-ph physics.optics
Electromagnetic energy within magnetic spheres
考虑有限半径均匀各向同性磁球对入射平面波的散射。我们确定，通过严格的米氏理论，在这个粒子的时间平均电磁能量的精确表达式。对于磁散射体，我们发现共振拾取中的平均内能值远大于具有相同磁介质性质的散射体的平均内能。这个结果甚至是有效的，特别是对于小尺寸参数值。确定了径向和角向场分量对内能贡献的表达式。对于弱吸收区的解析研究，我们推导出了吸收截面的精确表达式。我们强调，虽然粒子的电磁散射是一个有据可查的主题，几乎没有注意到一直致力于磁散射。我们的目的是提供一些新的分析结果，可用于磁性粒子，并强调磁散射的不寻常的性质，这可能是在某些应用中的重要。
2010-10-14 math-ph math.MP physics.optics
Electromagnetic energy in multilayered spherical particles
我们得到精确的解析表达式（i）内和外的多层球的电磁能量径向密度和（ii）总的电磁能量存储在其核心和每个壳。对于无损耗核壳的特殊情况，也给出了显式表达式。一般的解决方案是基于紧凑的递归传递矩阵法，其有效性也包括磁性介质。该理论是说明各种金属介质硅-金多层球内的电场增强的例子。用户友好的MATLAB代码，其中包括理论处理，可作为补充文件。
2019-05-06 physics.optics
Imaging Multiple Colloidal Particles by Fitting Electromagnetic Scattering Solutions to Digital Holograms
数字全息显微术是一种快速的三维成像技术，在软物质物理研究中有着广泛的应用。最近的研究表明，电磁散射的解决方案可以拟合到数字全息图，以获得纳米精度和毫秒级的时间分辨率的孤立胶体球的三维位置。在这里，我们描述了新技术的结果，这些技术扩展了可以通过拟合研究的系统范围。我们表明，一个精确的多球叠加散射的解决方案可以用来适应全息的胶体团簇包含多达六个球。我们还介绍了一个近似的和计算上更简单的解决方案，米氏叠加，这是有效的多个领域间隔几个波长或更多。我们表明，这种方法可以用来拟合全息图的几个球上的乳胶液滴，我们给出了一个定量的标准来评估其有效性。
2015-12-29 cond-mat.soft physics.optics
STRATIFY: a comprehensive and versatile MATLAB code for a multilayered sphere
我们提出了一个计算多层球的近场和远场电磁特性的计算机代码。STRATIFY是一种开源软件包，它允许在一个程序中高效计算电磁近场、能量密度、总电磁能量、位于任何（非吸收）壳（包括主介质）中的偶极发射器的辐射和非辐射衰减率以及多层球体的基本横截面。开发的软件通常比基于边界元法的免费软件快50倍以上。由于其速度和广泛的适用性，我们的软件包是一个有价值的工具，用于分析许多光散射问题，包括但不限于荧光增强，上转换，下转换，二次谐波产生，表面增强拉曼光谱。该软件可从GitLab https://gitlab.com/iliarasskazov/stratify下载
2020-06-11 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Perfect nonradiating electromagnetic source and its self-action
本文提出由隐藏磁场的理想导体旋转球构成的理想无辐射电磁源，证明其能量完全内束缚、外辐射自补偿，并通过 Lorentz 力产生类似陀螺的规则进动。
2024-05-10 astro-ph.HE physics.app-ph physics.class-ph
Unveiling dipolar spectral regimes of large dielectric Mie spheres from helicity conservation
控制电介质粒子散射光的电磁螺旋性和方向性对于全介质光学和光子学中的各种感兴趣的现象学至关重要。在这封信中，我们表明，高指数介质米氏球散射的电磁螺旋度的守恒可以用作探测纯多极光谱区域，特别是偶极性质，超出其假定的光谱间隔。这一发现揭示了偶极行为不一定限于小颗粒，与现有技术的现状形成鲜明对比。有趣的是，我们证明了对于小颗粒极限中的特定纳米球预测的最佳前向光散射条件实际上在无限数量的折射率的固定x尺寸参数下得到满足
2020-03-28 physics.optics
A modified recursive transfer matrix algorithm for radiation and scattering computation of a multilayer sphere
National Frontiers Science Center for Industrial Intelligence and Systems Optimization, Northeastern University（工业智能与系统优化前沿科学中心，东北大学）；College of Information Science and Engineering, Northeastern University（信息科学与工程学院，东北大学）
本文提出一种改进的递归传递矩阵算法，用于稳定高效计算多层球体的电磁散射系数，通过引入德布罗意势和对数导数解决数值稳定性问题。
2025-11-20 physics.comp-ph physics.optics
On the electromagnetic resonances of nanoparticles
一个频谱技术被应用到评估的共振频率的完全推迟散射从球形纳米粒子。这种方法允许一个明确地识别模式，负责的峰值和不对称的散射功率谱的线形。讨论了介质球和金属球电磁散射特性的根本区别。这些结果被用来调查从孤立的硅和银纳米球的散射。
2017-02-14 physics.optics
The role of the angular momentum of light in Mie scattering. Excitation of dielectric spheres with Laguerre-Gaussian modes
提出了一种利用拉盖尔-高斯光束增强可见光区散射电磁场波纹结构的方法。这些增强的波纹的位置以及它们的线宽可以使用不同的光束和球体的尺寸来控制。
2012-11-21 physics.optics
Correlations between helicity and optical losses within general electromagnetic scattering theory
近年来，保螺旋纳米结构和超颖表面被认为是增强手性物质光谱特性的合适候选材料。考虑到这一点，我们强调，损失的构成材料的螺旋性显着影响的可能性，建设结构，保存螺旋。首先，我们提出了一个通用的程序，允许评估的归一化螺旋度期望值，$\langle\hatΛ\rangle$，即可观察到的，允许识别的螺旋度保持散射体。然后，我们将此程序的情况下，手性球，在一个方向平均的图片可以捕获的手性无机纳米结构的光学响应，获得广泛适用的分析表达式$\langle\hatΛ\rangle$为这种类型的对象。最后，我们数值计算表明，光学损耗施加上界的螺旋度期望值的螺旋核壳和手征球。
2022-01-18 physics.optics
Fresnel Drag in the Homogenization Limit with Space-Time-Modulated Wire Media
University of Mississippi（密西西比大学）；University of Lisbon – Instituto Superior Técnico and Instituto de Telecomunicações（里斯本大学-高等技术学院和电信研究所）
本文提出仅通过纯电调制金属响应的时空调制线介质，克服了传统方法需同时调制介电常数与磁导率的局限，实现了具有合成菲涅耳曳引效应的非互易双各向异性有效介质。
2026-07-31 physics.optics
Light scattering by a vacuum-like sphere with magnetoelectric gyrotropy
推导了具有磁电回转性的类真空球电磁散射的精确跃迁矩阵。当球的磁电旋向性矢量与入射平面波的电场或磁场共平行或反平行时，总散射和前向散射效率都比磁电旋向性矢量与入射平面波的传播矢量共平行时低.后向散射是不存在的，当传播矢量是co/anti-proneel的磁电回转矢量。
2014-06-10 physics.optics
Anderson localization of electromagnetic waves in three dimensions
本研究通过大规模数值模拟，首次证明了矢量电磁波在三维金属球随机堆积中的安德森局域化，而电介质球中未观察到，为三维光局域化研究开辟了新途径。
2022-09-15 cond-mat.dis-nn physics.optics
Core-shell particles as building blocks for systems with high duality symmetry
物质的电磁对偶性要求系统具有相等的电磁响应。电磁二象性使得技术上重要的效应，如人工光学活性和零后向散射，是变换光学，惠更斯波前控制和最大电磁手性中的超材料的要求，并出现在拓扑光子系统中。在本构关系水平上满足对偶条件的内对偶材料在许多频带中不存在。然而，离散的物体，如金属螺旋和均匀的介电球体，可以被设计成近似的双重行为。离散对象，然后可以被用来作为积木的目标，获得复合系统具有高度的对偶对称性。在这里，我们利用额外的自由度的核壳电介质球，以获得一个粒子的对偶对称性是一个以上的数量级比以前报道的非磁性物体。我们表明，改善被转移到复合物体的对偶对称性时，核壳粒子被用作积木，而不是均匀的球体。
2017-11-03 physics.optics
Full electromagnetic Green's dyadic of spherically symmetric open optical systems and elimination of static modes from the resonant-state expansion
本文给出了球对称开放光学系统的全6 × 6并矢格林函数的一般解析形式，并给出了真空中均匀球的显式解。不同的光谱表示的格林函数导出使用Mittag-Leffler定理，并分析其收敛到精确解，使我们能够选择最佳的表示。在此基础上，更有效的版本的共振态展开（RSE）制定，特别注重静态模式的贡献，包括版本的RSE与完全消除静态模式。这些一般版本的RSE，适用于非球面光学系统，验证和说明在真空中的电介质球的大小和折射率的扰动，证明了相同的水平的收敛到精确的解决方案的横向电和横向磁偏振的完全可解的例子。
2020-02-11 physics.optics
Controlled plasmon-enhanced fluorescence by spherical microcavity
周围的电磁环境可以通过珀塞尔效应设计来自量子发射器的自发发射。例如，等离子体天线可以有效地限制电磁场并增强荧光过程。在这项研究中，我们证明了光子微腔可以调制等离子体增强荧光工程的局部电磁环境。因此，我们构建了一个等离子体增强发射器（PE发射器），其中包括一个纳米棒和纳米金刚石，使用纳米操纵技术。此外，我们控制一个聚苯乙烯球接近PE-发射体，并在原位研究相关的荧光光谱和寿命。与自由光谱范围内的发射相比，PE发射体的发射可以在光子模式下共振增强。由光子模式调制的光谱形状与PS球和PE发射器之间的间隔无关。在PS球耦合到PE发射器之后，荧光衰减速率的带积分可以被增强或抑制，这取决于等离子体天线和光子腔之间的耦合强度。这些发现可用于传感和成像应用。
2021-06-22 physics.optics
Spatial Fano resonance of a dielectric microsphere impinged by a Bessel beam
考虑了Fano共振的一般概念，从而说明了这种空间共振的可能性。使用最近发现的解决方案的贝塞尔光束撞击介质球，我们分析了电磁场附近的微球具有不同的光学尺寸和介电常数值。我们从理论上揭示了空间Fano共振时的谐振模式的球干涉{量}非共振模式。这种共振导致一阶贝塞尔光束撞击球后的电场的巨大跳跃。电磁场的局部最小值明显远离微球的后边缘。然而，这是一个近场效应，我们证明了这一点。我们还表明，这种效果可以利用工程的亚微米光学陷阱与不寻常的和有用的属性。
2021-03-16 physics.optics
Multipolar Origin of the Unexpected Transverse Force Resulting from Two-Wave Interference
本文从理论上研究了TE和TM平面波叠加后与球体相互作用所产生的电磁力。具体来说，我们首先表明，在这样的照明条件下，球受到横向的波的传播方向的力。然后，我们分析了这种违反直觉的行为的物理起源，使用多极分解的电磁模式中涉及的散射过程。该分析表明，干涉效应，由于两波照明，导致一个Kerker样的非对称散射行为，导致这种特殊的横向力。
2020-05-06 physics.optics
Frequency-Domain Analysis of Wave Scattering by Spatially Dispersive Metasurfaces Using the Method of Auxiliary Sources
Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；Technion-Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
本研究将扩展广义薄层过渡条件集成到辅助源法，形成无网格仿真框架，分析多种空间色散超表面，结果与已发表数据吻合，验证了方法的准确性与灵活性。
2026-07-31 physics.comp-ph physics.optics
Wave-optical treatment of the shadow cast by a large sphere
本文研究了不透明球体阴影中的电磁场。为此，我们考虑的散射的高频单色电磁波的大球体，并开发一个米氏理论，占存在这种遮蔽。应用完全吸收边界条件，我们找到了一个解决方案的德拜潜力，我们用它来确定在阴影中的电磁场在波区在大的距离球。我们使用核散射理论的标准工具来发展这个问题的波动光学处理。基于这种处理，我们证明，有没有EM场深的阴影，除了该领域的衍射到阴影的边缘的球体，如预期的。
2018-05-27 gr-qc physics.optics
Longitudinal optical fields in light scattering from dielectric spheres and Anderson localization of light
最近的研究表明，无序介质中点散射体之间的纵向电磁场耦合对光的安德森局域化是有害的。然而，它一直不清楚，如果这个功能是通用的或特定的点散射。本文的工作表明，在单色光照射下，球形介质散射体外的纵向场强度与散射体的尺寸有着复杂的、非单调的关系。此外，强度降低了一个空心球，而可以调整参数的涂层球，以获得一个相对较低的纵向场与强的共振散射效率。因此，随机排列的结构（空心或涂层）球可能是有前途的三维无序材料达到安德森局域化的光。
2018-07-23 cond-mat.dis-nn physics.optics
Scattering from spheres made of time-varying and dispersive materials
探索光与时变介质的相互作用是一项智力挑战，除了基本方面之外，还为多种有前途的应用提供了途径。时间调制在这里构成了一个基本的手柄，以完全不同的理由控制光。这对于同时在空间和时间上构成的复杂系统尤其适用。然而，时变材料的现实描述需要考虑其材料分散。它们的组合几乎没有被考虑过，但却是至关重要的，因为色散伴随着适合于动态调制的材料。作为一个典型的散射问题，从中可以得到许多一般的见解，我们开发和应用一个自洽的分析理论的光散射由一个球制成的随时间变化的材料示例性地假设有一个洛伦兹色散。我们讨论了麦克斯韦方程组的本征解，并提出了一个专门的米氏理论。所提出的理论与全波模拟进行了验证。我们公开了从时间调制子系统到电磁场的能量转移等效应，放大了精心构造的入射场。由于许多现象可以研究分析的理由与我们的形式主义，它将是不可或缺的探索电磁现象时变和空间结构的有限对象的其他几何形状。
2021-10-14 physics.app-ph physics.optics
