Stable Calculation of Optical Properties of Large Non-Periodic Dissipative Multilayered Systems
在有吸收存在的情况下，大的非周期多层体系的传递矩阵的计算可能变得不稳定。我们讨论了这种不稳定性的起源，我们探索了两种方法来克服它：使用一个总矩阵来解决所有的领域在所有的接口同时和扩展的布洛赫模式的周期性人工重复系统。我们应用这两种方法来获得多层啁啾结构的纳米结构多孔硅（PS）的反射光谱。这两种方法都产生可靠和数值稳定的结果。前者允许分析所有层内的场，而后者在计算上更有效，允许设计新颖的结构并优化其参数。我们比较了从红外到紫外的宽光谱范围内的数值和实验结果。
2020-05-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Properties of defect modes in periodic lossy multilayer with negative index materials
利用特征矩阵方法研究了由正折射率层和负折射率层组成的一维有耗光子晶体的传输特性。结果表明，随着缺陷层折射率和厚度的增加，缺陷模的频率降低。此外，它表明，缺陷模式的频率是敏感的入射角，偏振和缺陷层的物理性质，但它是不敏感的小的晶格损耗因子。缺陷模的高度对损耗因子、入射角、偏振态、折射率和缺陷层厚度非常敏感。研究还表明，缺陷模的高度和宽度受晶格周期数和损耗因子的影响。研究结果可用于设计新型窄带滤光片结构和其他光学器件。
2013-01-24 physics.optics
X-ray scattering of periodic and graded multilayers: comparison of experiments to simulations from surface microroughness characterization
为了提高X射线反射镜在临界角以上的反射率，需要多层膜。已知多层生长过程中的界面缺陷会导致非镜面散射并降低反射镜的光学性能;因此，重要的是预测来自涂层外表面的粗糙形貌的X射线散射量，其可以直接测量，例如，原子力显微镜（AFM）这种表征，结合X射线反射率测量来评估深多层堆叠结构，可以用于通过众所周知的粗糙度演变模型来模拟生长过程中的层粗糙化。在这项工作中，X射线散射测量进行比较，并从建模的界面功率谱密度（PSD）和建模的交叉谱密度的所有接口的夫妇获得的模拟。我们已经使用这种方法在以前的工作周期性多层膜，我们现在展示如何将这种方法扩展到梯度多层膜。改进后的程序对周期性多层膜和梯度多层膜都进行了验证，实验数据与模型结果吻合较好。这样做，在AFM扫描中观察到的不同种类的缺陷被包括在PSD分析中。随后的数据模型的比较，使我们能够认识到它们的表面污染或界面缺陷，有助于X射线散射的多层。
2013-04-04 astro-ph.IM physics.optics
Defect modes properties in periodic lossy multilayer containing negative index materials with symmetric and asymmetric geometric structures
本文采用特征矩阵方法研究了电磁波在由正、负折射率材料层组成的一维有耗光子晶体中的传播，光子晶体具有对称和非对称的几何结构，结构中心有缺陷层。首先，考虑了正折射率材料缺陷层，研究了偏振态和入射角对两种结构透射谱中缺陷模的影响。结果表明，透射谱中缺陷模的数目取决于结构的几何形状（对称或非对称）。此外，它表明，随着入射角的增加，缺陷模式的频率增加。该性质与结构的几何形状无关。然后，在垂直入射情况下，考虑了负折射率材料缺陷层，研究了两种结构的缺陷模特性。研究结果可为设计新型透射窄带滤光片提供理论依据。
2013-06-28 physics.optics
Optimizing omnidirectional reflection by multilayer mirrors
周期性分层介质可以在给定频率范围内对所有入射角和偏振进行强烈反射。垂直入射的四分之一波长叠加在这种全向反射器的设计中是常见的。我们讨论替代设计标准，以优化这些系统。
2003-10-22 physics.optics
Effects of normal and oblique incidence on zero-n gap in periodic lossy multilayer containing double-negative materials
本文研究了电磁波在由正折射率层和负折射率层组成的一维有耗光子晶体中的传输。研究了不同入射角、偏振态、损耗因子和层厚比时零n隙的带宽、深度和中心频率的变化规律。结果表明，间隙对入射角、偏振态和厚度比非常敏感，但对小损耗因子几乎不敏感。这些性质对于设计新型边缘滤波器和微波工程中的其他光学器件是十分有用的。
2012-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Investigation of the thermal stability of Mg/Co periodic multilayers for EUV applications
我们提出的Mg/Co周期性多层膜的表征结果及其在EUV范围内的热稳定性。退火研究在高达400 \degree C的温度下进行。通过扫描透射电子显微镜和电子能量损失谱获得的图像清楚地显示了多层结构的良好质量。在25 nm（~49 eV）附近的EUV反射率的测量表明，当退火温度增加到300 \degreeC以上时，反射率降低。进行X射线发射光谱以确定Mg/Co多层内的Mg原子的化学状态。用于确定Co原子的化学状态的核磁共振和Mg/Co多层膜的横截面的扫描电子显微镜图像揭示了从305 \degreee; C的退火温度开始堆叠的形态的变化。这解释了观察到的反射率损失。
2012-02-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Multilayer Babinet metamaterial to initiate nonreciprocal topological phenomena and generalized Faraday rotation
University of Szeged（塞格德大学）；Georgia Southern University（佐治亚南方大学）
通过优化巴比涅互补周期性结构的多层球状等离子体纳米谐振器阵列，实现了广义法拉第旋转，并利用对称性破缺、布里渊区折叠和层间耦合等机制，在光谱重叠区域获得非互易旋转和非对称传输。
2026-06-01 physics.optics
Comparing omnidirectional reflection from periodic and quasiperiodic one-dimensional photonic crystals
我们确定的范围内的厚度和折射率的全向反射从准周期多层膜发生。通过诉诸的概念下的透射率曲线的面积，我们评估在一个系统的方式不同的准周期斐波那契多层膜的性能。
2005-04-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A vectorlike representation of multilayers
我们求助于转向的概念，以提供一个几何表示的行动，任何无损多层，这可以被认为是类似的单位磁盘中的滑动向量在欧几里德几何。这种结构清楚地表明了多层膜组成中所产生的特殊效应。一个简单的光学实验揭示了维格纳角的外观进行了分析，在这个框架。
2004-07-20 physics.optics
A route to all frequency homogenization of periodic structures
我们从一维周期性多层堆叠开始，以定义有效介电常数，磁导率和双各向异性参数的频率功率扩展。它示出从第一阶，一个简单的介质多层膜可以显示磁电耦合效应，从第二阶，可以得到任意低对比度的人工磁性。然而，发现这种频率功率扩展在第一带隙边缘处发散。因此，提出了由传播指数和表面阻抗组成的另一组有效参数。它是建立这些有效的参数，作为复频率的函数，具有因果关系原理和被动性所需的所有分析性质。最后，我们提供的参数，以扩展这些结果的三维和频率色散的情况下。
2012-12-03 physics.optics
Near-field heat transfer between graphene/hBN multilayers
我们研究了由周期性重复的石墨烯片和六方氮化硼（hBN）板制成的多层结构之间的辐射传热。单层石墨烯中的表面等离子体可以与单个hBN膜中的双曲声子极化激元耦合以形成可以辅助光子隧穿的混合极化激元。对于周期性多层石墨烯/hBN结构，除了hBN的固有的自然双曲线行为之外，堆叠的金属/电介质阵列可以产生进一步有效的双曲线行为。有效的双曲性可以使更多的双曲极化激元，增强光子隧穿，从而增强近场传热。然而，当最顶层是石墨烯时，表面上的混合极化激元，即表面等离子体-声子极化激元，主导多层结构之间的近场热传递。有效介质理论（EMT）可以很好地预测有效双曲线区域，尽管EMT未能捕获混合表面极化激元并且导致与精确计算相比低得多的传热速率。石墨烯片的化学势可以通过电子门控来调节，并导致热传递的额外调制。我们发现多层结构之间的近场热传递并不随着堆叠中的层数单调增加，这提供了一种通过多层结构中石墨烯层的数量来控制热传递速率的方法。这一结果对基于二维材料中杂化极化激元的近场能量收集和辐射冷却的应用具有一定的参考价值。
2017-05-10 physics.optics
Nanostructured Multilayer Coatings for Spatial Filtering
空间滤波是提高激光光束空间质量的重要机制。通常，在焦平面中具有光阑的透镜的共焦布置用于腔内空间滤波。这种常规滤波需要访问远场域。然而，在微激光器中，由于微谐振器中缺乏进入远场的空间，传统的滤波是不可能的。因此，一个新的概念，更紧凑和有效的空间滤波是必要的。在这项研究中，我们提出并证明了一个概念新颖的机制，在近场域的空间滤波，由纳米结构的多层涂层-一个二维光子晶体结构与周期性的折射率调制沿纵向和横向的光束传播。该结构建立在纳米调制衬底上，以提供横向周期性。物理气相沉积用于在纵向方向上提供自重复调制。我们实验证明了一个5微米厚的光子多层结构，由交替的高折射率和低折射率材料的纳米结构的多层组成，提供空间滤波在近红外频率与2°低角度通带。该光子晶体结构可作为微激光器内腔空间滤波的理想器件。
2020-11-19 physics.optics
Introduction of Zr in nanometric periodic Mg/Co multilayers
我们研究了引入第三种材料，即Zr，在纳米周期性Mg/Co结构中设计成在极紫外（EUV）光谱范围内作为光学组件工作。设计了Mg/Co、Mg/Zr/Co、Mg/Co/Zr和Mg/Zr/Co/Zr多层膜，并分别通过X射线和EUV反射率测量对多层膜的结构质量和光学性能进行了表征。对于Mg/Co/Zr结构，在25.1 nm和45 °掠入射下的反射率值等于50%，并且在200 ℃退火时达到51.3%。测量的EUV反射率值的三层系统中讨论的材料顺序在一个时期内，并比较Larruquert的理论模型的预测。指出了可能的应用。
2011-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Tailoring single-cycle electromagnetic pulses in the 2-9 THz frequency range using DAST/SiO2 multilayer structures pumped at Ti:sapphire wavelength
我们提出了一个数值参数的研究单周期电磁脉冲产生的DAST/SiO2多层结构通过共线光学整流的800 nm的飞秒激光脉冲。它示出的DAST和SiO2层的厚度的修改允许调谐的平均频率的产生的太赫兹脉冲的频率范围从3到6太赫兹。与体DAST晶体和准相位匹配周期极化DAST晶体相比，所提出的结构中的激光到太赫兹能量转换效率显示出显着的增强。
2014-08-22 physics.optics
Application of Reconfigurable All-Optical Activation Unit based on Optical Injection into Bistable Fabry-Pérot Laser in Multilayer Perceptron Neural Networks
本文提出将光注入双稳态法布里-珀罗激光器用作可重构全光激活单元，通过调节阈值和饱和点，在MNIST和Fashion-MNIST上分别实现95%和85%的推理准确率，并可使准确率提升最多2%。
2023-11-23 cs.ET physics.optics
Multilayer metamaterial absorbers inspired by perfectly matched layers
我们推导出具有类似于完全匹配层（PML）的有效单轴特性的周期性多层吸收体。这种PML的近似表示是基于有效介质理论，我们称之为有效介质PML（EM-PML）。我们比较的空间反射光谱的分层吸收的PML材料，并表明，在忽略增益和磁性能，吸收器仍然功能。这开辟了一条路线，以创建电磁吸收器的真实，而不仅仅是数值应用，作为一个例子，我们介绍了一个分层的吸收器的波长$8$ ~ $μ$ m的SiO $_2$和NaCl。我们还表明，类似的圆柱形的核壳纳米结构来自平面多层也表现出非常好的吸收和反射性能，尽管不同的几何形状。
2014-06-07 physics.optics
Tunable anisotropic perfect absorption in hyperbolic metamaterials based on black phosphorous/dielectric multilayer structures
黑磷（BP）是一种具有优异光学性能的二维材料，是多层双曲型超材料的理想组成部分。在这项工作中，我们设计了一个多层结构，由BP/电介质层堆叠的单位细胞图案上的金镜，并从理论上证明了可调谐的各向异性吸收在红外制度。相邻晶胞之间的电偶极共振驱动该结构处于临界耦合状态，并且该结构的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，显示出对于一个偏振方向的完美吸收，而对于另一个偏振方向的阻抗失配导致在相同波长处仅为8.2 $\%$吸收。该结构的各向异性吸收响应可以归因于BP的固有各向异性，其表现出对入射角的依赖性很小。此外，我们研究了电子掺杂的BP和几何参数的建议结构的可调谐光吸收。这些结果表明BP在构建多层双曲型超材料方面具有巨大的潜力，并为设计在红外区域具有可调谐光谱和偏振选择性的各向异性元器件开辟了途径。
2019-11-04 physics.optics
Boundary conditions for the effective-medium description of subwavelength multilayered structures
具有一维周期性的纳米结构，如多层结构，目前是双曲超材料和光子拓扑结构的研究热点。描述亚波长周期性材料的一种有效方法是基于有效材料参数的概念，该参数可以严格推导出局部和非局部响应。然而，为了提供与应用相关的任何预测，有效的材料参数必须由适当的边界条件补充。在这项工作中，我们提供了一个全面的处理空间色散的多层超材料的整体性能，以及推导出的平均场的边界条件。我们证明了局部双各向异性模型并没有捕捉到所有的功能相关的二阶非局部效应在大部分的超材料。正如我们证明，而多层的批量响应不依赖于单元格的选择，有效的边界条件是强烈敏感的层和多层终止的顺序。发展的理论提供了一个清晰的解释，最近的实验上的全介质深亚波长多层膜的反射率，建议进一步的途径，实验探测电磁非局域性的超材料。
2019-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Asymmetric bistable reflection and polarization switching in a magnetic nonlinear multilayer structure
研究了由克尔型非线性层和磁性层组成的一维法拉第结构在外加静态磁场作用下的光学特性。该结构是交替的非线性层和磁性层（一维光子晶体）的周期性排列，其中一层加倍以产生违反周期性的缺陷。在缺陷模的频率处观察到非互易性的强烈增强，其中从结构的一侧入射的线偏振光在反射时经历90度偏振旋转，而从另一侧反射的光具有其偏振不变。利用频域非线性传输矩阵计算，证明了非线性反射谱中的缺陷共振发生弯曲，导致反射光的偏振双稳。这种双稳性被证明是导致输出反射光的线性偏振之间的突然切换时，输入强度是变化的。这种切换在时域有限差分仿真中得到了证实，并建立了其滞后特性。
2013-08-02 physics.optics
A geometrical setting for the classification of multilayers
我们阐述的后果的因式分解的任何无损多层的传输矩阵的三个基本矩阵的简单解释。考虑到这种传递矩阵在复平面上引起的双线性变换，我们引入了多层传递函数的概念，并研究了它在单位圆盘上的性质。在这种几何设置中，我们的因式分解转化为三个动作，可以被视为理解多层行为的基本部分。此外，我们引入了一个简单的跟踪标准，使我们能够分类多层在三种类型的属性密切相关的这三个基本矩阵之一（只有一个）。我们应用这种方法来分析一些实际的例子，这些类型的矩阵的代表。
2002-02-20 physics.optics
Understanding multilayers from a geometrical viewpoint
我们重新阐述了无损多层膜的基本性质。我们证明了这些多层膜的传输矩阵与（2+1）维时空中的Lorentz群SO（2，1）以及几何光学中ABCD定律结构的SL（2，R）群具有基本相同的代数性质。借助于岩泽分解，我们把任何多层的作用表示为三个简单解释的矩阵的乘积。这种群论结构允许我们在复平面上引入双线性变换。多层传递函数的概念自然产生，并在单位圆盘中研究了其相应的性质。我们表明，岩泽分解反映在这个几何水平上的三个简单的行动，可以被认为是一个更深层次的理解多层行为的基本件。我们用该方法详细分析了一个简单的实际例子。
2001-04-17 physics.optics
Bistable diode action in left-handed periodic structures
研究了由正负折射率材料交替构成的非对称多层膜结构的非线性传输特性。我们证明，这样的结构表现出被动的空间非互易传输的电磁波，模拟的电子二极管。我们研究了这种左手二极管的特性，并通过直接模拟证实了它的高度非互易性和双稳态透过率。
2004-12-01 physics.optics
Model independent X-ray standing wave analysis of periodic multilayer structures
我们提出了一个模型独立的方法重建的原子浓度分布在纳米级的层状结构，测量使用X射线荧光产率调制的X射线驻波（XSW）。该方法基于表征荧光产率的线性方程组的直接正则化解。建议的技术进行了优化，但不限于，周期性分层结构的分析，在布拉格条件下形成的XSW。所开发的方法被施加到重建的原子浓度分布的LaN/BN多层膜与50个周期的35 A厚的层。该物体特别难以用传统方法进行分析，因为组成材料之间的界面区域的估计厚度与各个层的厚度相当。然而，使用建议的技术，它是可能的重建La原子分布，显示La原子保持局域化的LaN层和界面内，并没有扩散到BN层。原子分布的精度为1 A。Kr荧光产率的分析表明，Kr原子起源于溅射气体被困在两个BN上的氮化镧和BN上的氮化镧界面。
2013-09-12 physics.data-an physics.optics
Inverse-Designed Time-Varying Multilayers for Programmable Frequency-Momentum Light Scattering
Aalto University（阿尔托大学）
本文提出一种逆向设计框架，联合优化多层时空周期结构的介电常数与时间调制，实现可编程频率-动量散射，支持多通道独立控制与频率-动量梳生成。
2026-09-29 physics.app-ph physics.optics
Second harmonic generation from metallo-dielectric multilayer photonic band gap structures
本文从理论和实验上研究了磁控溅射沉积的Ag和Ta_2O_5金属-介质多层膜结构的二阶非线性光学响应。二次谐波产生的测量进行反射模式作为入射角的函数，使用飞秒脉冲源自钛：蓝宝石激光系统调谐在800 nm。产生的信号的依赖性作为泵浦强度和偏振状态的函数进行了研究。我们的实验结果表明，从一个周期性的金属介电样品的转换效率可以提高至少一个因素的30相对于从一个单一的金属层的转换效率，部分由于增加的数量的活性表面，泵浦场的本地化和金属层内的渗透。转换效率最大值从单个银层的70度向下移动到堆叠的大约55度。在非线性洛伦兹力项的作用下，实验结果与基于耦合Maxwell-Drude振子的计算结果符合得很好。
2008-01-04 physics.optics
Negative refractive index and higher-order harmonics in layered metallodielectric optical metamaterials
我们研究了光在三维双周期Ag/TiO 2多层超材料中的传播，该超材料由工作在可见光和紫外光谱范围内的耦合等离子体波导组成。对于这些频率，波导平面中的光传播由负相速度描述，而对于正交方向的光传播由大量谐波组成的布洛赫波描述。因此，该材料通常不能用单一的相位指数来描述：将布洛赫波分解为不同的谐波，我们表明，对于感兴趣的波长范围，正指数m=1的谐波在正交方向上主导光的传播。数值模拟和光学折射实验证实了这些结果的双周期Ag/TiO 2多层超材料棱镜在380-600 nm的光谱范围内，这表明与右手谐波相关的正折射占主导地位。研究的等离子体轮廓，我们发现，尽管发生多个谐波的双周期结构可以作为一个平面透镜：对于一个平板组成的整数个单位细胞的所有谐波退化和建设性地干涉在图像平面。这项工作确定了许多三维周期性超材料的设计相关的重要考虑因素。
2014-04-18 physics.optics
Constraints on transmission, dispersion, and density of states in dielectric multilayers and stepwise potential barriers with arbitrary layer arrangement
研究了非隧穿区光学多层膜和一维阶梯势垒的正入射透射和色散特性。多层膜结构中各组成层的光路以及阶梯势垒的每一步的参数都受到广义四分之一波长条件的约束。对结构几何形状没有其他限制，即，这些层可以任意排列。我们表明，态密度（DOS）谱的多层或障碍的问题受到积分守恒规则类似的Barnett-Loudon求和规则，但发生在一个有限的频率或能量区间。在光学情况下，这些频率间隔是规则的。对于势垒，只有非周期性的能量间隔可以存在于任何给定结构的光谱中，并且只有当组成势阶的参数被适当地选择时。用解析方法导出的积分守恒关系也得到了数值验证。该关系可用于色散工程多层基器件，例如，超短脉冲压缩器或超紧凑光学延迟线，以及设计多量子阱电子异质结构与工程DOS。
2008-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
From surface to volume plasmons in hyperbolic metamaterials: General existence conditions for bulk high-k waves in metal-dielectric and graphene-dielectric multilayers
我们从理论上研究了亚波长周期多层结构中宽带体大波矢（高k）传播波（如双曲型超材料中的体等离子体激元）的一般存在条件。描述的反射系数的广义共振极点的结构的单位细胞中的基本激发，并使用布洛赫定理，我们推导出解析表达式的大波矢传播解决方案的频带。我们应用我们的形式主义，以确定在两个重要的情况下存在的高k带：众所周知的金属电介质，最近推出的石墨烯电介质堆栈。我们证实，在薄金属层中的短程表面等离子体可以引起双曲超材料特性，并证明长程表面等离子体不能。我们还表明，石墨烯介电多层膜倾向于支持高k波，并探讨了这是可能的参数范围，证实了使用石墨烯的双曲色散材料的前景。该方法适用于各种各样的结构，如连续或结构化的微波，太赫兹（THz）和光学超材料。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
