Geometrical Aspects in Optical Wavepacket Dynamics
我们建立了光波包在介电常数和磁导率具有周期性结构的非导电介质中传播的半经典理论，即，非导电光子晶体。我们采用量子力学的形式主义，以澄清其联系的电子系统。它涉及几何相位，即，Berry相位，以一种自然的方式，描述了轨道运动和内部旋转之间的相互作用。在此基础上，我们讨论了光学霍尔效应的几何特性。我们还考虑了一个减少的理论，没有周期性结构的系统，并将其应用到在界面反射/折射的横向位移。对于椭圆偏振的一般入射光束，每个反射/透射光束的横向位移的相同结果由以下不同的方法给出：（i）波包动力学的分析评估，（ii）总角动量（TAM）守恒{ \it为单个光子}，和（iii）波包动力学的数值模拟。这与经典电动力学的一个结果是一致的。这意味着单个光子的TAM守恒已经在波动光学，即经典电动力学中考虑了。最后，我们展示了我们的理论的应用到一个二维光子晶体，并提出了一个优化设计的光学霍尔效应的增强光子晶体。
2006-09-14 cond-mat.other physics.optics
Kelvin's Chirality of Optical Beams
几何手征性是描述三维镜像对称破坏的物体的性质，因此它需要非零的空间范围。相反，光学手征性只描述了电磁场的局部旋向性，而忽略了光束的空间几何结构。本文提出光束空间结构的几何手征的物理意义，称之为“开尔文手征”。此外，我们报告的实验揭示了开尔文的手征耦合光学手征后，通过平面介质的聚焦光束传输。我们的工作强调了开尔文手征在所有光-物质相互作用实验中的重要性，这些实验涉及具有空间非均匀相位和偏振分布的结构光束。
2020-12-16 physics.optics
An Angular Spectrum Approach to Inverse Synthesis for the Characterization of Optical and Geometrical Properties of Semiconductor Thin Films
针对半导体薄膜光学特性测量中传统逆合成方法依赖刚性模型的问题，提出基于角谱波传播的灵活逆合成方法，可评估表面几何特性以提升精度，有望适配非常规及多层复杂薄膜样品表征。
2024-07-09 physics.optics
Coupled acoustoplasmonic resonators: the role of geometrical symmetries
本文通过双金纳米棒系统研究镜像对称性破缺对声等离子体共振器的影响，发现其不仅耦合已有纳米机械模式，还引入新的扭转共振模式，为非对称声光换能器设计提供依据。
2024-09-02 physics.optics
Concave Plasmonic Particles: Broad-Band Geometrical Tunability in the Near Infra-Red
实验上，具有凹截面的等离子体纳米粒子阵列显示出跨越近和短波长红光光谱区的光学共振。粒子的介电常数被证明是使共振频率的宽带可调谐性的关键成分，即使对于具有统一阶的尺寸纵横比的粒子。设置的谐振波长的非典型的灵活性示出源于一个独特的相互作用的局部几何形状与表面电荷分布。
2010-01-21 physics.optics
Faster and more accurate geometrical-optics optical force calculation using neural networks
光学力通常通过将捕获光束离散为一组光线并使用几何光学来计算动量交换来计算。然而，光线的数量设置了计算速度和精度之间的折衷。在这里，我们表明，使用神经网络允许一个克服这一限制，获得不仅更快，而且更准确的模拟。我们证明了这一点，使用一个光学捕获的球形粒子，我们获得了一个分析解决方案，用作地面真理。然后，我们利用神经网络提供的加速来研究双阱中椭球粒子的动力学，否则这在计算上是不可能的。
2022-09-05 physics.comp-ph physics.optics
Geometrical Spinoptics and the Optical Hall Effect
扩展了几何光学，从而提供了一个模型，通过颜色和自旋为特征的欧几里德群的共轭轨道旋转光线。这导致了折射介质中的“几何自旋光学”理论。辛散射产生广义斯内尔-笛卡尔定律，包括最近发现的光学霍尔效应。
2006-07-10 hep-th math-ph math.MP
A method to retrieve optical and geometrical characteristics of three layer waveguides from m-lines measurements
本文考虑三层光波导，提出了一种用m线光谱法同时测量各层折射率和厚度的方法。建立了三层波导模式色散方程，并给出了数值求解方法。该方法的准确性进行评估，通过数值模拟与噪声数据和实验证明，使用PZT薄膜放置在两个ZnO层之间。
2014-05-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Transversal symmetry breaking and axial spreading modification for Gaussian optical beams
长期以来，人们认为在研究高斯光束通过介质块的传输时没有理由包括几何相位。这可以通过以下事实来证明：该相位的泰勒展开中的一阶项负责光束的横向偏移，这也是由射线光学预测的。从这个观点来看，几何相位可以被看作是一个纯粹的辅助概念。在本文中，我们展示了如何在泰勒展开的二阶项占对称性破缺的横向空间分布，并作为一个轴向扩展修改器。这些新的效应清楚地表明了几何相位在描述光的正确行为中的重要性。为了验证我们的理论预测，我们简要讨论了一个可能的实验实现。
2016-02-16 physics.optics
Photonic band-structure and optical S-matrix analyses of the proposed superconducting nanostructures
提出了基于元素II型和层状高温超导体的超导纳米结构组成的特殊光学结构。计算了不同几何尺寸下的光子能带结构和光学S矩阵。这种结构产生太赫兹（THz）光子带隙，这是由温度和几何参数控制。此外，所提出的结构在所考虑的太赫兹范围内显示可控的光学反射率和透射率。根据前面的分析，计算是在层状超导体折射率为负值的特定频率范围内进行的。
2011-05-03 physics.optics
Metalens Enhanced Ray Optics: An End-to-End Wave-Ray Co-Optimization Framework
本文提出一个完全可微的端到端波-射线协同优化框架，通过结合超构透镜、几何透镜与图像数据，利用基于梯度的优化技术设计非傍轴成像系统并校正几何光学像差，从而提升大规模光学系统的整体性能。
2023-05-26 physics.optics
Geometric phases in 2D and 3D polarized fields: geometrical, dynamical, and topological aspects
几何相位是一个普遍的概念，它支持涉及多分量波场的许多现象。这些偏振相关的相位是固有的干涉效应，自旋轨道相互作用现象，和矢量波场的拓扑性质。几何相位在二分量场中已经得到了深入的研究，例如二能级量子系统或傍轴光波。然而，他们的描述领域的三个或更多的组件，如通用的非傍轴光学领域经常使用的现代纳米光学，构成了一个不平凡的问题。在这里，我们描述的几何，动力学，和总相位计算沿一个封闭的空间轮廓在多组分复杂的领域，特别强调2D（傍轴）和3D（非傍轴）的光场。我们提出了几种等价的方法：（i）代数形式，通用的任何多分量场;（ii）一个动力学方法，使用的旋转角动量和参考系旋转之间的科里奥利耦合;和（iii）几何表示，统一的Pancharatnam-Berry相位的庞加莱球上的二维极化和马约拉纳球表示的三维极化场。最重要的是，我们揭示了几何相位，场的角动量性质，以及在2D和3D场中的极化奇点的拓扑性质之间的密切联系，如C点和极化莫比乌斯带。
2019-08-23 physics.optics quant-ph
Spatial control of extreme ultraviolet light with opto-optical phase modulation
极紫外（XUV）光由于其与介质的强相互作用横截面而非常难以控制。我们展示了一种方法来克服这个问题，通过使用几何模型引导的光-光调制来整形XUV光。钟形红外线脉冲被示出为将其强度分布的迹线压印到远场中的XUV光上，使得红外脉冲的强度分布的变化导致远场XUV光的形状的变化。几何模型帮助用户预测红外脉冲的特定强度分布的影响，从而实现确定性过程。
2021-02-27 physics.optics
Exploring van der Waals materials with high anisotropy: geometrical and optical approaches
本文提出一种基于晶体几何与光学表征的易用方法，筛选出高各向异性vdW材料As2S3，其打破金红石纪录，并展示超薄四分之一波片应用，为纳米光子学开辟新路径。
2023-09-05 cond-mat.mtrl-sci 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
Geometrical optical activity induced by a continuous distribution of screw dislocations
Universidade Federal do Espírito Santo（圣埃斯皮里图联邦大学）；Universidade Federal do Maranhão（马拉尼昂联邦大学）
本研究通过连续分布的扭折位错诱导几何光学活性，揭示了扭绞与拓扑电子响应的统一几何联系。
2026-01-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spectral scalability as a result of geometrical self-similarity in fractal multilayers
分形多层电介质结构的光谱已被证明具有光谱可缩放性，这已被发现是直接相关的结构的空间（几何）自相似性。相位和振幅的标度关系，以及有限的结构尺寸的影响，已经推导出来。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Rendering Discrete Participating Media with Geometrical Optics Approximation
我们考虑由稀疏且随机分布的离散颗粒组成的参与介质中的光散射。预期颗粒尺寸的范围从波长的尺度到比波长大几个数量级的尺度，并且外观显示出与连续介质的光滑外观相反的明显的颗粒性。基于物理的合成这种外观的一个基本问题是确定每个局部区域中的必要光学特性。由于这些光学性质在空间上变化，我们诉诸几何光学近似（GOA），一个高效的替代严格的洛伦兹-米氏理论，定量表示单个粒子的散射。这使我们能够根据任何粒度分布快速计算体光学性质。然后，我们提出了一个实用的Monte Carlo渲染解决方案来解决离散参与介质中的能量传递。结果表明，第一次，我们提出的框架可以模拟广泛的离散参与介质具有不同程度的颗粒度和收敛到连续介质的颗粒浓度的增加。
2021-02-24 cs.GR physics.optics
Geometrical holographic display
是否有可能实现一个全息显示与商业可用的组件和设备？是否有可能在不使用相干光和复杂光学元件的情况下操纵光来重建光场？是否可以最大限度地减少构建3D场景所涉及的日期量？有没有可能设计一种不需要巨大计算成本的全息视频显示器？像现在商业化的平板显示器那样，能够实现便携形式的全息视频显示器吗？这项研究对上述所有问题都给出了肯定的答案。提出了一种新的几何全息显示器，该显示器利用几何光学原理再现真实感的三维图像，具有所有人类视觉线索，且没有视觉副作用。此外，还引入了一种最少必要的光场表示方法，可以为设计FP3D或构建3D场景时如何最大限度地减少所涉及的数据量提供指导。最后，建立了一个概念验证的原型，可以提供真正的三维场景的深度范围大于5米。
2021-11-01 cs.GR physics.optics
Interaction of spatial solitons in nonlinear optical medium
采用多尺度分析方法，在二维光学样品中研究了非共线自聚焦光束间的非共振非线性相互作用效应。导出了相互作用引起的光束轨迹偏移的解析表达式，并给出了上述考虑失效的参数范围。我们比较我们的结果与朴素的几何光学模型。结果表明，这两种方法给出了相同的结果。这就证明了用几何光学方法来描述克尔和饱和非线性介质中的弹性和准弹性碰撞过程是正确的。
2004-07-15 cond-mat.other nlin.PS physics.optics
