Scintillations of optical vortex in randomly inhomogeneous medium
对涡旋拉盖尔-高斯光束与非涡旋甜甜圈孔和高斯光束在随机非均匀大气中传输的闪烁指数进行了比较数值和解析分析。发现光涡旋轴上的闪烁指数与光路上的湍流强度之间存在单位阶跃关系。结果表明，涡旋光束和非涡旋光束的截面中的涡旋行为有很大的不同。
2014-11-07 physics.optics
Probability of radiation of twisted photons in an inhomogeneous isotropic dispersive medium
导出了带电粒子在非均匀各向同性色散介质中运动时记录到扭曲光子几率的一般公式。对于带电粒子穿过介质板或理想导电箔的辐射，得到了记录扭曲光子几率的显式公式。结果表明，在带电粒子沿探测器轴运动的情况下，所有辐射出的扭曲光子具有零的总角动量投影，其辐射几率与光子螺旋度无关。还考虑了带电粒子螺旋微聚束产生的辐射。证明了辐射扭曲光子的总角动量投影满足强相加定则。因此，螺旋光束允许一个产生相干过渡和瓦维洛夫-切伦科夫辐射与大投影的总角动量。研究了带电粒子在螺旋介质中产生的辐射。这种介质的典型例子是金属螺旋和胆甾相液晶。结果表明，沿这种介质螺旋轴运动的带电粒子的辐射是一个纯的扭曲光子源。
2019-07-11 physics.acc-ph physics.optics
A new matrix representation of the Maxwell equations based on the Riemann-Silberstein-Weber vector for a linear inhomogeneous medium
本文基于泡利矩阵代数推导出麦克斯韦方程组的新八维矩阵表示，适用于线性均匀及非均匀介质，并重新推导了Mukunda-Simon-Sudarshan矩阵替换规则。
2024-10-16 math-ph math.MP physics.class-ph
Enhancing light transmission through a random medium with inhomogeneous scattering and loss
通过对激光入射波前的整形，提高了光在具有空间非均匀散射和损耗的无序波导中的总透射率。使用片上锥形引线，我们能够利用空间光调制器访问波导中的所有输入模式。自适应波前整形导致输入光选择性地耦合到高传输通道，其绕过波导中的较高散射和损耗的区域。散射和损耗的空间不均匀性导致能量通量重定向到具有较少散射和损耗的光路，以最大化通过系统传输的总能量。本工作证明了波前整形在非均匀散射介质中光传输相干控制中的作用，这在实际应用中很常见。
2016-10-21 physics.optics
Comment on "Cutoff dependence of the Casimir force within an inhomogeneous medium"
Horsley和Simpson [Phys.Rev.A88，013833（2013）]最近声称，活塞模型中的非均匀Casimir压力是截止相关的，并且当去除截止参数时发散（λ->0）。我们证明，有一个错误的计算，在他们的推导，我们的修正结果在截止独立Casimir压力，基于一阶微扰理论。本文给出了一阶微扰非齐次Casimir能量的一般表达式，这为分析发散问题或导出Casimir力提供了方便。讨论了平行波（波矢量平行于Casimir板）的Casimir压力贡献以及极限和求和算子的非对易性，并发现其有助于理解另一篇论文[Phys.Rev.A87，043806（2013）]中声明的非均匀发散。应该强调的是，我们还不能给出一阶扰动以上的非均匀Casimir压力的精确表达式，这是值得进一步研究的。
2015-09-14 physics.optics
Stability analysis for bad cavity lasers using inhomogeneously broadened spin-1/2 atoms as gain medium
坏腔激光器由于其对激光腔波动的增强的鲁棒性而在有源光学频率标准的背景下经历新的兴趣。增益介质将由窄线宽原子组成，它们要么被困在腔内，要么动态地与腔模相交。原子有限速度分布、原子间相互作用、实际多能级原子与辅助场或杂散场的相互作用等一系列效应都会导致原子增益分布的非均匀展宽。这导致激光器操作的不稳定制度的出现，其特征在于场振幅的复杂的时间模式。研究了具有自旋为1/2的原子（如Yb-171）与外磁场相互作用的坏腔激光器的稳态解及其稳定性。对于稳定性分析，我们提出了一种新的和有效的方法，它可以应用于广泛的一类单模坏腔激光器的非均匀加宽的多级原子作为增益介质。
2016-11-03 physics.optics quant-ph
Negative reflection in a Faraday chiral medium
法拉第手征介质（FCM）中的四个波数与平面波的传播相关，具有相对较大的磁电耦合，这增加了负相速度传播和负折射的可能性。它们还可能引起消极反映的现象。特别地，对于一个非耗散的例子，我们推导出一个具有正/负相速度的入射平面波可以产生一个具有负/正相速度的负反射平面波，以及一个具有正/负相速度的正反射平面波。
2007-09-24 physics.optics
Non-Abelian evolution of electromagnetic waves in a weakly anisotropic inhomogeneous medium
基于对麦克斯韦方程组的量子力学对角化方法，建立了弱各向异性光滑非均匀介质中电磁波的传播理论。运动方程的平移（射线）和内在的（偏振）自由度的从头开始推导。射线方程考虑了光学马格努斯效应（光子的自旋霍尔效应）以及由于介质各向异性而引起的轨迹变化。偏振演化由斯托克斯矢量的进动方程描述。在一般情况下，波的演变原来是非阿贝尔：它是伴随着相互转换的正常模式和周期振荡的射线轨迹类似于电子zitterbewegung。一般理论适用于圆双折射和线性双折射介质中的波演化的例子。
2007-05-03 cond-mat.other physics.optics physics.plasm-ph
Stokes-vector evolution in a weakly anisotropic inhomogeneous medium
基于几何光学方法的准各向同性近似，导出了弱各向异性光滑非均匀介质中四分量Stokes矢量的演化方程，给出了麦克斯韦方程组的渐近解。我们的方程推广了以前的结果，得到的电磁波在分层介质中的正常传播。它适用于有挠曲线光线，并能描述非均匀介质中简正模的转换。值得注意的是，斯托克斯矢量的演化是由相对论自旋进动的巴格曼-米歇尔-泰莱格迪方程描述的，而三分量斯托克斯矢量的方程类似于铁磁系统自旋进动的朗道-利夫希茨方程。本文应用一般理论分析了磁化等离子体中极化的演化。我们还强调了各向异性非均匀介质中非阿贝尔偏振演化的基本特征，并通过简单的例子加以说明。
2007-08-11 physics.optics physics.plasm-ph
Extraordinary Spin specific beam shift of Light in an Inhomogeneous Anisotropic medium
由于光的自旋轨道相互作用及其产生的自旋霍尔效应的基本性质和潜在应用，近年来受到了广泛的研究。在这里，我们报告了一种非凡的自旋特定光束位移，并证明了它在表现出空间变化延迟水平的非均匀各向异性介质中的可调谐性。自旋特异性（移位只发生在一个圆偏振模式，保持其他正交模式不受影响）被证明是由于光的几何相位和动力学相位的组合空间梯度而产生的。输入线偏振光的两个正交圆偏振模式在不同的轨迹中演化，最终表现为大的且可调的自旋分离。自旋特异性的光束移位和演示的原则，同时剪裁空间变化的几何和动力学相位的光，以实现其可调谐性（幅度和方向），可能会提供一个有吸引力的路线发展的自旋光学器件。
2015-08-14 physics.optics
Canonical quantization of macroscopic electrodynamics in a linear, inhomogeneous magneto-electric medium
我们提出了宏观电动力学的正则量子化。结果适用于非均匀介质与广泛的一类线性磁电响应是一致的Kramers-Kronig和Onsager关系。通过其适应强色散和损耗的能力，我们的理论提供了一个严格的基础，在结构中的量子光学过程的研究纳入超材料，提供这些可以建模为磁电介质。以前的电介质和磁介电介质的规范处理表示的电磁场运营商的格林函数或模式展开表示。在这里，我们提出了我们的结果，在模式扩展的图片，以期在导波和腔量子光学的应用。
2012-09-20 physics.optics quant-ph
Negative reflections of electromagnetic waves in chiral media
研究了电磁波/光波在各向同性手征介质中的反射特性。当手征参数足够强时，我们证明了在手征介质与理想导电平面的界面处，入射波与反射本征波之一位于边界法线的同一侧，出现了一种不寻常的\emph{negative reflection}.利用这种性质，我们进一步证明了这种导电平面可以用于强手征介质中的聚焦。推导了近轴光学近似下的相关方程。在手征介质的一种特殊情况下，即手征为零时，双反射之一消失，只存在与入射波方向相反的单反射本征波。因此，入射和反射的电场将彼此抵消以产生零总电场。换句话说，任何电磁波进入具有理想导电平面的手征虚区时，都将消失。
2006-10-22 physics.class-ph physics.optics
Correlations between reflected and transmitted intensity patterns emerging from opaque disordered media
单色光通过散射介质的传播在反射和透射中产生散斑图案，并且这些图案的明显随机性阻止了通过厚混浊介质的直接成像。然而，由于弹性多次散射基本上是线性和确定性的过程，信息不会丢失，而是分布在许多自由度，可以解决和操纵。在这里，我们实验证明，反射和透射的散斑图案是相关的，即使是厚度远大于运输平均自由程的不透明介质，证明信息的生存的多次散射过程中，可以恢复。散射介质两侧之间互信息的存在为控制透射光开辟了新的可能性，而无需来自目标侧的任何反馈，而是仅使用从反射散斑收集的信息。
2017-07-12 physics.optics
Light confinement by local index tailoring in inhomogeneous dielectrics
光限域工程是光学中一个历史悠久的课题，对于控制光与物质的相互作用具有重要意义。然而，在非均匀和无序介质中，多重散射阻止了传统方法用于设计具有所需特性的光场的应用。这是因为对这种介质的任何局部改变通常以非局部和复杂的方式影响这些场。在这里，我们提出了一种用于定制非均匀一维（1D）厄米介电指数分布的理论方法，使得可以纯粹局部地控制入射光场的强度分布，即，而对指定的感兴趣区域之外的场分布几乎没有影响或没有影响。因此，在介质内的任意位置处强烈地增加或减少光的强度成为可能，而实际上不改变介质的外部反射率或透射率。因此，可以使介质的这些局部修改对于单向远场测量是不可检测的。我们应用我们的方法来局部控制光的限制内的一维材料具有不均匀的连续折射率分布，并将其扩展到多层膜以及耦合微谐振器链。
2021-05-13 physics.optics
Modified geometrical optics of a smoothly inhomogeneous isotropic medium: the anisotropy, Berry phase, and the optical Magnus effect
在本文中，我们提出了一个修改的几何光学方法，它允许一个适当的分离的复振幅和相位的波的解决方案。将此修正应用于光滑非均匀各向同性介质，我们证明了在第一几何光学近似下介质是弱各向异性的。折射率取决于波矢的方向，包含与Berry几何相位成比例的校正。介质中存在两个独立的右旋和左旋圆偏振本征模。它们的群速度和相速度不同。群速度的差异导致不同偏振的光线的偏移（光学马格努斯效应）。相速度的差异导致Berry相位随着两个模式的干涉而增加，从而导致关于波的偏振面旋转的熟悉的Rytov定律。该理论表明，光学马格努斯效应和Berry相位都伴随着非局域拓扑效应。本文导出了统一描述这两种现象的Hamilton射线方程，并预言了非圆偏振的一种新的分裂效应。还讨论了具体的例子。
2004-06-18 cond-mat.other physics.gen-ph physics.optics
Diffraction of Gaussian beam in a 3D smoothly inhomogeneous media: eikonal-based complex geometrical optics approach
本文利用傍轴复几何光学（CGO）的从头算方法，研究了标量高斯光束在三维光滑非均匀介质中的传输和衍射。傍轴CGO处理复程函的二次展开，并将波动问题归结为Riccati型常微分方程的解。与全波或抛物线（准光学）方程相比，这大大简化了高斯光束衍射的描述。对于高斯光束在均匀介质中或沿对称轴在类透镜介质中传输，CGO方程具有解析解，否则可以很容易地数值求解。作为一个非平凡的例子，我们考虑高斯光束沿螺旋射线在轴对称波导介质中的传播和衍射。结果表明，长轴的光束的椭圆形横截面无限增长，它主要是在方位角（副法线）方向取向，不服从平行输运定律。
2006-11-15 physics.optics physics.plasm-ph
Electromagnetic Energy, Momentum, and Angular Momentum in an Inhomogeneous Linear Dielectric
在先前的工作中，Optics Communications 284（2011）2460- 2465，我们考虑了具有抗反射涂层和由准单色场在法向入射下照射的空间均匀折射率的电介质。利用电磁能量密度和Gordon动量密度的连续性方程，构造了封闭系统的无痕对称能量-动量张量。在这项工作中，我们放宽了条件的均匀折射率，并考虑一个电介质的空间变化的折射率是独立的时间，这基本上是一个机械刚性的电介质由于外部约束。利用能量密度和Gordon动量密度的连续性方程，我们构造了一个对称的能量-动量矩阵，它的四维发散度等于广义Helmholtz力密度四维矢量。假设能量-动量矩阵在时空坐标变换的对称群下具有张量变换性质，我们导出了总能量、动量和角动量的全局守恒律。
2015-02-11 physics.class-ph physics.optics
Steering far-field spin-dependent splitting of light by inhomogeneous anisotropic media
具有特定结构几何形状的非均匀各向异性介质可以将可调谐的自旋相关几何相位施加到穿过介质的光，从而可以用于控制光的自旋相关分裂（SDS）。本文用非均匀各向异性介质q板证明了这一推论。证明了线偏振光垂直通过q板时，首先出现k空间SDS，然后在会聚透镜的远场焦平面上可分辨出实空间SDS。有趣的是，SDS，所描述的归一化斯托克斯参数S3显示了多瓣和旋转分裂模式与旋转对称。此外，通过调整q板的结构几何形状和/或光的入射偏振角，波瓣数和旋转角都是可调谐的。我们的研究结果显示q板可以作为一种潜在的操控光子自旋态的装置，并且可以应用在奈米光学和量子信息等领域。
2012-11-22 physics.optics
Broadband quasi-PT Symmetry Sustained by Inhomogeneous Broadening of the Spectral Line
结果表明，在有限的场频率范围内，活性杂质谱线的非均匀展宽可以同时维持介质的宇称（P）和时间（T）对称性，而这在没有展宽的介质中是被因果原理所禁止的。如果传播脉冲的光谱宽度小于非均匀加宽，则这种脉冲的介质变为准PT对称。在有限频域中的宽带准PT对称性的效果，说明在布拉格和劳厄几何形状的脉冲的单向衍射的例子，在光子晶体中传播。
2018-11-18 physics.optics quant-ph
A mathematical description of the spin Hall effect of light in inhomogeneous media
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of Vienna（维也纳大学）
研究Maxwell方程在各向同性非均匀介质中的高斯波包解，推导描述几何运动修正的常微分方程组，证明光在非均匀介质中的自旋霍尔效应。
2026-03-30 math-ph math.AP math.MP
Confining the light wave by using non-Euclidean transformation optics
利用非欧变换光学给出了一种新的解释非均匀介质为什么可以用来限制光波的方法。我们证明了一种特殊的非均匀介质，它对应于参考空间中的一个倾角，可以用来聚焦平面波。如果我们在这种介质的适当位置设置一个吸收体，我们就可以将光限制在亚波长尺度上。
2013-09-24 physics.optics
Low-Frequency Scattering of TE and TM Waves by an Inhomogeneous Medium with Planar Symmetry
本文基于 Bergmann 方程与非厄米二能级动力学表述，建立平面非均匀介质中 TE/TM 波的低频传递矩阵及反射、透射理论，并给出透明、无反射条件。
2025-09-15 physics.optics quant-ph
Topological spin transport of photons: "magnetic monopole" gauge field in Maxwell equations and polarization splitting of rays in periodically inhomogeneous media
研究了电磁波（光子）在平稳光滑非均匀各向同性介质中的拓扑自旋输运。通过对角化麦克斯韦方程组中的光子动能，导出了动量空间中的非阿贝尔纯规范势，它在横波的绝热近似下表现为对应于磁引力型场的两个阿贝尔U（1）势。这些场作用于圆偏振波，导致光子的拓扑自旋输运。我们推导出一般的半经典（几何光学）射线方程，考虑到洛伦兹型力的磁类规范场。详细分析了三维介质中二维周期性不均匀性的射线问题。它示出，最初位于不均匀性平面中的射线经历拓扑偏转或分裂，将它们从该平面中移出。研究了光线偏转与介质参数和传播方向的关系。
2005-07-11 cond-mat.other physics.optics quant-ph
The origin of the Redshift Spikes in the reflection spectrum of a Few-cycle Pulse in a Dense Medium
详细描述了几个周期脉冲在共振稠密介质中的反射谱。一个意想不到的低频尖峰出现在频谱的红色边缘。为了找出这种红移尖峰的起源，我们分析了反射场红移的机制。到目前为止，除了先前的研究[Kaloshan等人，物理修订信函83 544（1999）号决议]、该研究将红移的起因归因于所谓的脉冲内四波混频。然而，我们用数值方法证明了由两个分离尖峰组成的红移实际上是由反向传播波的多普勒效应产生的，它是动态非线性光学趋肤效应的一种模拟效应。我们的研究阐明了红移尖峰的动态非线性光学效应的基本物理。此外，还讨论了它们的频率与激光和介质参数（如介质密度和输入脉冲面积）的关系。
2015-01-05 physics.optics
Generation of a retro-reflected wave by interaction of an evanescent wave with a sub-wavelength structure
采用时域有限差分法（FDTD）对倏逝波与亚波长结构相互作用产生回射波的机理进行了数值计算。模拟结果表明，倏逝波在高折射率介质材料和低折射率材料之间的界面处从结构反射。反射的倏逝波耦合到上层介质中并辐射其能量，形成回射波，当在超数值孔径固体浸没显微镜中对结构进行成像时，回射波在结构的边缘附近表现为尖锐的峰。我们提出了一个简单的理论，并验证了它通过FDTD计算在各种情况下，以解释这种现象的特殊功能。此外，我们还提出了一种利用隐失波在结构内部的干涉作用来控制隐失波反射的方法。
2013-06-24 physics.optics
Reflection of light from a disordered medium backed by a phase-conjugating mirror
本文从理论上研究了光学相位共轭和多重散射的相互作用。我们计算了当相位共轭镜置于无序介质后时，其反射光的强度。我们比较了完全相位相干理论与辐射转移理论的结果。当光子在无序介质中的停留时间τ dwell远大于相位共轭镜处获得的频移2Δω的倒数时，两种方法是等价的。当τ_{dwell} Δω< 1时，相位相干性对反射光强的影响很大。特别地，当Δω小于1/τ dwell时，反射率对无序强度的依赖性出现最小值。讨论了电子在正常金属和超导体界面上的Andreev反射的相似性和不同之处。
1997-08-07 cond-mat.dis-nn physics.optics
Nonlinear polariton waves in dielectric medium
从理论上研究了声子极化激元非均匀谐波、椭圆余弦波和空间孤子在无限介质中传播的特性，计算了非线性矢量极化激元波的形状。我们解析地得到了自聚焦和自散焦介质中线偏振非线性极化激元波的包络。
2012-10-02 physics.optics
Non-Rayleigh distribution of reflected intensity from photonic crystals with disorder
实际光子晶体中的结构无序导致多次散射，这类光子晶体有着广泛的应用和研究价值。光与这种复杂的光子介质的相互作用预计将显示无序和有序之间的相互作用。对于完全无序的介质，强度统计是众所周知的服从瑞利统计与负指数分布函数，对应于缺乏相关性。然而，对于既有有序又有无序的复杂介质，强度统计尚未被探索。实验研究了不同无序度的光子晶体反射光的强度统计特性。我们观察到的瑞利分布的偏差和偏差增加的长程序。
2016-11-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Goos-Hänchen shifts of an electromagnetic wave reflected from a chiral metamaterial slab
将Artmann公式应用于TE偏振入射波，我们从理论上证明了在手性超材料板的反射的伪Brewster倾角附近的Goos-Hänchen（GH）位移可以大大增强。GH位移观察到的反射场的平行和垂直分量。此外，还发现GH位移不仅与平板厚度和入射角有关，还与手征介质的本构参数有关。特别是当入射角接近LCP波的全反射临界角时，可以获得GH位移的显著增强。最后，通过对高斯光束的数值模拟，验证了稳态相位分析的有效性。
2009-06-25 physics.optics
Enhanced four-wave mixing via elimination of inhomogeneous broadening by coherent driving of quantum transition with control fields
研究表明，在辅助电磁场的辅助下，来自宽速度区间的原子可以同时参与无多普勒双光子共振远频率简并四波混频.这引起在光学厚介质中产生的输出辐射的显著增强。给出了典型实验条件下的数值例子。
2000-05-22 physics.optics quant-ph
