General point dipole theory for periodic metasurfaces: magnetoelectric scattering lattices coupled to planar photonic structures
我们半解析地研究了嵌入式二维磁电点散射晶格的任意分层光子结构的光发射和吸收特性，如在最近的等离子体增强LED和太阳能电池中所使用的。通过采用并矢格林函数的分层结构结合埃瓦尔德晶格求和来处理粒子晶格，我们开发了一种有效的方法来研究平面二维散射晶格的等离子体，或超材料点粒子，耦合到分层结构之间的耦合。使用“阵列扫描法”，我们处理本地化的源。首先，我们将我们的方法应用于平板波导中偶极发射器的光发射增强，介导的等离子体晶格。我们基准的阵列扫描方法对一个基于互易性的方法，发现计算出的辐射率增强在k-空间光锥以下显示出良好的协议。其次，我们应用我们的方法来研究周期性银纳米颗粒阵列介导的薄膜太阳能电池的吸收增强。最后，我们研究了耦合波导-晶格系统的辐射在k空间中的分布。特别是，我们探索暗模式激发等离子体晶格使用所谓的阵列扫描方法。我们的方法可以用于模拟广泛的复杂纳米光子结构，即，超颖表面、等离子体增强发光系统和光化学。
2015-12-02 physics.optics
Green Tensor Analysis of Lattice Resonances in Periodic Arrays of Nanoparticles
当以周期性几何形状排列时，金属纳米结构的阵列能够支持被称为晶格共振的集体模式。这些模式源自阵列元件之间的相干多重散射，产生非常强且光谱窄的光学响应。在这里，我们表明，由于它们的集体性质，金属纳米颗粒的周期性阵列的晶格共振可以介导放置在阵列附近的偶极发射器之间的有效的远程耦合。具体来说，我们使用耦合偶极子的方法，计算连接两个点的阵列的格林张量，并分析其频谱和空间特性。该量表示当由位于另一个位置的单元偶极子发射器激励时，由阵列在给定位置处产生的电磁场。我们发现，当晶格共振被激发时，格林张量是显着更大，衰减速度更慢的距离比真空的格林张量。因此，除了推进晶格共振的基本理解，我们的研究结果表明，纳米结构的周期性阵列能够增强偶极发射体集合之间的长程耦合，这使得它们成为一个有前途的应用平台，如纳米级能量转移和量子信息处理。
2021-10-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Maximizing absorption and scattering by dipole particles
这是一篇综述和指导论文，讨论了最大功率的基本限制，这些功率可以被一个电小的可极化粒子和这种粒子的无限周期阵列接收，吸收和散射。
2013-11-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Scattering of Evanescent Wave by Periodic Array of Nanowires
用边界元法计算了纳米线周期阵列对电磁波的散射。并将该方法推广到两光栅交界面附近的无限长光栅。一个特殊的格林函数的推导，允许研究的倏逝波。在波带中平均指向矢量的周期-波长关系中发现了瑞利-伍德异常。对于细线的计算结果表明，同意二维耦合偶极子近似。
2012-11-13 physics.comp-ph physics.optics
Coupled electric dipole model for a Su-Schrieffer-Heeger chain of optically resonant coreshell nanoparticles
International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL)（伊比利亚纳米技术国际实验室）
本文提出利用耦合电偶极子模型研究Si@Ag核心壳纳米颗粒的SSH链，揭示其在共振频率处支持多个拓扑边缘态。
2025-10-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hyperpolarizabilities for the one-dimensional infinite single-electron periodic systems: I. Analytical solutions under dipole-dipole correlations
利用偶极-偶极关联方法，在Su-Shrieffer-Heeger和Takayama-Lin-Liu-Maki两种模型下，得到了反式聚乙炔在无限长链上的广义四波混频超极化率$χ^{(3)}(-(w_1+w_2+w_3);w_1,w_2,w_3)$的解析解.导出了直流克尔效应$χ^{(3)}(-w;0,0,w)$、直流诱导二次谐波产生$χ^{(3)}(-2w;0,w,w)$、光学克尔效应$χ^{(3)}(-w;w,-w,w)$和直流电场诱导光整流$χ^{(3)}(0;w,-w,0)$的解析表达式。通过在计算中包括或不包括${\bf \nabla_k}$项，比较表明，带内贡献占主导地位的超极化率，如果他们被包括在内。$\nabla_k$项或带内跃迁导致$χ^{(3)}$中的整体排列对称性的破坏，即使对于低频和非共振区域也是如此。因此，它打破了直接基于整体置换对称性的克莱曼对称性。我们的计算提供了一个清晰的理解，在许多实验中广泛观察到的Kleinman对称性破缺。我们还提出了一个可行的实验$χ^{(3)}$，以测试整体置换对称性和我们的理论预测的有效性。最后，我们的计算表明，在低频和非共振区的各种三阶非线性光学过程的下列趋势：$χ^{(3)}(-3w;w,w,w)> χ^{(3)}(-2w;0,w,w)> χ^{(3)}(-w;w,-w,w)>χ^{(3)}(-w; 0,0,w)>= χ^…
2005-05-14 astro-ph cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electric dipole-free interaction of visible light with silver metadimers
在亚波长大小的粒子中，光诱导的多极矩的阶数高于电偶极子通常是可以忽略不计的小，这使得光-物质相互作用可以在电偶极子近似下准确地处理。在这项工作中，我们表明，在一个特别设计的元原子，一个磁盘元二聚体，电四极和磁偶极子可以是唯一的可激发多极。对于单个间二聚体和这种颗粒的周期性阵列，在窄但可调谐的可见光光谱范围内实现了该条件。由间二聚体散射的电磁场与由电偶极子产生的电磁场根本不同。因此，由这种二聚体组成的超材料将表现出不寻常的光学特性。
2012-04-03 physics.optics
Plasmonic modes in periodic metal nanoparticle chains: A direct dynamic eigenmode analysis
我们展示了一个有效的本征分解方法分析金属纳米颗粒链中的导模。该方法的优点是可以同时显示色散关系和模式质量。它还可以分离材料和几何性质，因此其效率不依赖于材料极化率的复杂性。应用该方法分析了单金属链和双金属链的导模。更准确的动态偶极极化率通常给出一个红移与广泛使用的准静态偶极极化率与辐射校正的结果相比。
2006-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoparticle lattices with bases: Fourier modal method and dipole approximation
周期性结构（例如光子晶体和超颖表面）的利用对于纳米尺度的光操纵是常见的。基于电磁场傅立叶分解的傅立叶模态方法（FMM）是考虑它们并设计有效光学器件的最广泛使用的计算方法之一。然而，计算周期性结构与小夹杂物往往是一项困难的任务，因为他们诱导大量的高- $k_\parallel$谐波，应该考虑。本文考虑了带基底的小粒子格，并利用离散偶极子近似（DDA）构造了它们的散射矩阵。然后，考虑到复杂的分层结构，这些矩阵在FMM中实现。我们所提出的混合方法的性能，它的应用程序的晶格，路由左，右圆偏振入射光的导模在相反的方向传播。我们还证明了它的精度与有限元法（FEM）计算的频谱比较。这种方法的高速度和高精度使得能够在合理的时间内以非常高的分辨率计算角度相关光谱，这使得能够分辨其他方法无法观察到的窄线。
2020-03-10 physics.optics
Near-field enhancement by a metasurface at octupole plasmon resonance in periodic disc dimers
Aalto University（阿尔托大学）；University of Cologne（科隆大学）
本研究通过八极子等离子体共振在周期性圆盘双极结构中实现高近场增强，揭示了高阶多极共振在等离子体结构中的应用潜力。
2025-10-21 physics.optics
Optical theorem for 2d magnetoelectric quadrupolar arrays
我们提出了所有的周期性格林函数并矢，进入一个二维阵列的发射器的水平，包括每个发射器的电偶极子，磁偶极子和电四极矩的描述。我们找到了一个简明的解析形式的辐射贡献的周期性格林函数并矢，产生辐射反应场，我们给的非辐射的贡献，不影响能量平衡的形式迅速收敛的系列。最后，我们提出了一个近似方案，评估周期性格林函数并矢在长波长，严格尊重能量守恒。该计划扩展了通常的静态近似的有效性范围，包括一个简单的动态校正。
2017-03-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Decoupling light and matter: permanent dipole moment induced collapse of Rabi oscillations
拉比振荡是量子光学效应中的一个重要现象，它表现在基态和激发态之间的二能级系统与电磁场相互作用时的周期性振荡。通常，这些振荡的速率与二能级系统探测的电场的大小成比例。在这里，我们研究了光与具有永久偶极矩的二能级量子发射体的相互作用。这个问题的半经典的方法预测减慢，甚至完全抑制拉比振荡由于对角分量的不对称的二能级系统的偶极矩运营商。我们考虑了系统在全量子化情形下的行为，建立了拉比振荡崩溃的解析条件。这些结果第一次强调了具有永久偶极矩的二能级系统在少光子区的行为，并提出了新的量子光学效应的观察。
2016-11-21 physics.optics
Fourier modal method for the description of nanoparticle lattices in the dipole approximation
严格耦合波分析（RCWA）是研究多层垂直不变周期结构光学特性的有效工具。然而，由于局部场的高梯度，它不能处理小颗粒的阵列。在这篇论文中，我们利用离散偶极近似（DDA）来建构共振奈米粒子阵列的散射矩阵。这大大加快了计算速度，因此提供了一个机会，彻底考虑各种分层结构的小周期性夹杂物的RCWA。我们详细研究了该方法的三个主要阶段：计算单个纳米粒子的极化率张量，该粒子在晶格中的有效极化率和相应的散射矩阵层进一步整合在传统的RCWA方法。我们证明了所提出的方法的性能，通过考虑等离子体晶格嵌入在均匀的气氛中，放置在光波导内部和上，并比较我们的结果与实验论文。观察到局域表面等离子体共振（LSPR）和晶格等离子体共振（LPRs）等现象，以及它们与光子导模的杂交。通过与其他计算方法的比较，表明了该方法的高精度和快速收敛性。我们的近似方法的适用性的典型限制是由其误差的结构参数的依赖性的探索。
2019-10-06 physics.optics
Switching between normal and anomalous Laser Induced Periodic Surface Structures
本文报道了激光诱导周期性表面结构在正常和反常之间转换机制的研究。我们已经表明，对于高损耗金属，正常和异常模式之间的切换机制依赖于结构形成过程中固有的两种不同反馈之间的相互作用：沿着表面的长距离、低强度的类似偶极的光的散射，其控制平行于激光偏振的异常波纹，以及短距离、高强度的等离子体激元-极化激元波，其由近场偶极辐射引发并负责产生垂直于极化的波纹，即，e.正常结构。通过管理这两个反馈，我们证明了在同一表面上产生正常和异常激光诱导的周期性表面结构。与以前的研究相比，我们已经表明，热氧化机制可以形成正常和异常类型的结构，而烧蚀机制只涉及在正常结构的形成。与氧化型异常结构的形成不同，烧蚀型正常结构的形成不存在固有的负反馈，是自调节纳米波纹的形成。这种反馈需要通过在给定的激光重复率下调节扫描速度和脉冲能量来人为地施加。利用非线性激光光刻技术，在不同的表面上以极高的工业上可接受的速度形成了大面积的高规则纳米光栅。
2017-10-31 physics.optics
Periodic metal resonator chains for Surface Enhanced Raman Scattering (SERS)
金盘链的周期性排列显示出明显的等离子体光栅共振。这些对来自在金表面上形成自组装单分子层的4-甲基苯乙烷分子的表面增强拉曼散射（SERS）信号具有明显的影响：除了明显的偏振依赖性，当激发激光波长与等离子体光栅共振匹配时，SERS光谱也表现出最大值。这些功能的解释由一个组合的近场和远场耦合的各个等离子体偶极子，允许设计的优化的纳米结构，在未来有效的SERS基板。
2020-07-22 physics.optics
Spatial Kramers-Kronig relation and unidirectional light reflection induced by Rydberg dipole-dipole interactions
信号场的色散与吸收响应之间的Kramers-Kronig（KK）关系可以通过均匀样品靶原子与控制原子之间的偶极-偶极相互作用从频域映射到空间域。这是通过在单光子远失谐驱动机制中为三能级靶原子建立有效的二能级组态，同时在单光子共振驱动机制中为三能级控制原子保持高的里德伯激发来实现的。我们特别发现，它是可行的，以实现一个动态可调的空间KK关系，支持非对称，甚至单向反射适当的信号频率在一个受控的范围。采用周期性晶格的目标原子，多重布拉格散射可以进一步纳入空间KK关系，大大提高了非零反射率，而不会打破不对称或单向反射。
2022-04-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Super-resolution Imaging of the Fluorescent Dipole Assembly with Polarized Structured Illumination Microscopy
荧光偏振显微镜可以同时对荧光偶极子的强度和取向进行成像，在研究生物复合物的分子结构和动力学过程中起着至关重要的作用。然而，用超分辨技术很难分辨活细胞亚细胞结构上的偶极组装及其动力学。在这里，我们报告偏振结构照明显微镜（pSIM），它通过解释空间-角度超空间中的偶极子来实现纠缠的空间和角度结构照明。我们展示了它在一系列生物丝状系统中的应用，如细胞骨架网络和DNA，并报告了短肌动蛋白滑动通过肌球蛋白涂层表面的动力学。此外，pSIM揭示了海马神经元中膜相关周期性骨架中肌动蛋白环结构的“并排”组织。它还对标记到活U2 OS细胞中微管的绿色荧光蛋白的偶极动力学进行成像。pSIM可直接应用于各种商用或自制SIM系统。
2019-04-16 physics.optics
Nonlinear management of topological solitons in a spin-orbit-coupled system
我们考虑了两种类型的孤子的动力学控制的可能性，在两个组件系统，即半偶极子（SD）和混合模式（SD）的立方吸引和自旋轨道耦合（SOC）的组合，通过使交叉吸引的相对强度，γ，一个时间的函数周期性地振荡的临界值，γ = 1，这是静态系统中的SD/MM稳定边界。SDs的结构由一个分量中的基本孤子和另一个分量中的局域偶极模的组合来表示，而SDs的结构由每个分量中的基本项和偶极项的组合来表示。系统的数值分析揭示了一个有限的双稳态区域的SD和周围的伽玛= 1，这是不存在的周期性的时间调制（“管理”），以及出现特定的不稳定槽和稳定舌的孤子的两种类型，这可能是解释为表现形式的时间周期调制和孤子的固有模式之间的共振。该系统可以在玻色-爱因斯坦凝聚体中实现，也可以在非线性光波导中仿真。
2019-03-13 cond-mat.quant-gas nlin.PS physics.optics
Element Decoupling of 7T Dipole Body Arrays by EBG Metasurface Structures: Experimental Verification
超颖表面是人工电磁边界或界面，通常被实现为具有亚波长周期性和组成单元的工程特性的二维周期性结构。超颖表面中的电磁带隙（EBG）效应阻止了所有表面模式在特定频带中传播。虽然超颖表面在微波天线和天线阵列中提供了许多重要的应用，但它们的特征也非常适合MRI应用。在这项工作中，我们制造和实验研究的蘑菇型EBG元表面的基础上有限的样品，并采用它们抑制在偶极发射线圈阵列的身体成像在7 T的元件间耦合。我们的实验表明，就业的样品EBG导致减少相邻的紧密间隔的偶极天线元件之间的耦合的7 T发射/接收体阵列，这减少了在相邻信道的散射损耗，从而提高了B1+效率。该装置由两个分馏偶极天线先前设计的作者在7特斯拉的身体成像。这些被放置在一个身体模仿体模的顶部，并配备了制造的有限尺寸的超颖表面的样本调谐到具有EBG属性在拉莫尔频率为298 MHz。为了提高顶部元件的B1+场分布的检测范围，沿体模的底侧放置了四个附加元件。散射矩阵测量表明，两个顶部元件之间的耦合确实减少了，而在7 T MRI机器上进行的测量证实了由于散射损耗减少而导致的阵列B1+效率的提高。这项研究提供了一个工具，偶极天线的去耦在无源场发射阵列，可能会导致更密集的元素放置和/或更大的主题元素间距。
2016-01-20 physics.med-ph physics.optics
