Aperture optical antennas
本文综述了亚波长口径天线在光学领域的研究，既关注基础研究，也关注应用。第2节报告了使用三种主要类型的孔径天线增强光-物质相互作用：单个亚波长孔径，由浅表面波纹包围的单个孔径和亚波长孔径阵列。大部分纳米孔径应用致力于生物光子学领域，以改善分子传感，这在第3节中进行了综述。最后，在第4节中讨论了纳米光学（光源、探测器和滤波器）的应用。
2014-05-17 physics.optics
On Electrical Equivalence of Aperture-Body and Transmission-Cavity Resonance Phenomena in Subwavelength Conducting Aperture Systems from an Equivalent Circuit Point of View
对于作为孔体共振（ABR）问题的代表性例子的由导电条支撑的窄缝结构，最大功率传输的条件）和传输宽度（即，归一化的最大透过功率）与厚导体屏中的窄缝耦合问题（称为传输腔共振（TCR）问题）的结果相同。从等效电路表示的传输谐振条件和功能机制的观点来看，ABR和TCR问题被认为本质上是相同的性质。
2009-12-30 physics.optics
Anomalous light absorption around subwavelength apertures in metal films
在这项工作中，我们研究了金属屏蔽中的隔离亚波长孔径散射的电磁场在金属表面的散热。与我们通常认为的由本地源产生的波的强度应该随着与源的距离而减小相反，我们揭示了在表面处的耗散热在几十个波长的宽空间间隔内保持恒定。这种行为发生在贵金属在近红外波长观察到非侵入式热反射测量和分析的分析模型，强调了复杂的角色所发挥的准柱面波的现象。此外，计算结果表明，吸收平台是一个固有的属性，发生在各种各样的拓扑结构，无论孔径形状。
2014-01-09 physics.optics
Topology of the near field in enhanced transmission through subwavelength apertures
研究通过亚波长孔隙的增强传输，揭示了近场能量流的拓扑转变与模态场相位特性之间的关系。
2025-12-18 physics.optics
Nanoscale Metamaterial Optical Waveguides with Ultrahigh Refractive Indices
提出了一种基于金属-介质多层无限异向介质的深亚波长光波导。基于金属-介质多层结构和有效介质方法，对不同模阶的波导模式进行了系统的数值模拟。研究了不同模式阶数、自由空间波长和波导截面尺寸对波导模式折射率、传播长度和模式面积的影响。此外，波导模式也示出了在波矢空间中的等频率轮廓，以研究波导模式截止高阶模式的机制。实现了尺寸小于λ0/50、模面积为10-4 λ 0 2量级的深亚波长光波导，在通信波长处的有效折射率达62.0。这种新型的超材料光波导为增强光-物质相互作用的各种应用开辟了机会。
2012-03-18 physics.optics
Accurate simulation of light transmission through subwavelength apertures in metal films
我们使用有限元法模拟光通过一个二维周期性阵列的矩形孔在高导电性材料的薄膜传输。我们报告的结果与transmittance低于0.01%的相对误差。这是一个大约一个数量级的改进相比，以前报道的结果。进一步研究了角部和边缘折射率对亚波长光阑光传输的影响。
2009-06-24 physics.comp-ph physics.optics
Thermal emission by a subwavelength aperture
本文用涨落电动力学方法计算了温度为T时真空或材料填充的孔的热辐射。我们表明，热发射是非常不同的孔径大小是大还是小相比，热波长。与经典黑体相比，填充真空的亚波长孔（亚波长黑体）的热发射大大降低。计算出了它们的发射率的简单表达式，并得出它们的总发射率为T8，而不是大口径的T4。本文还讨论了尺寸与波长相当的圆盘材料的热发射问题。它特别示出，当材料可以支持表面波，如声子极化激元时，这种盘的发射率增加。
2016-02-11 physics.class-ph physics.optics
Finite-Element Simulations of Light Propagation through Circular Subwavelength Apertures
数值研究了金属薄膜中的亚波长圆孔及其周围纳米结构的光传输特性。数值结果与频域有限元法。所获得的可观的数值误差收敛到非常低的水平证明。非常好的协议，从文献中的实验结果，并证明了该方法的效用的几何参数的影响，通过孔径增强传输的调查。
2009-05-27 physics.comp-ph physics.optics
Field enhancement of intense laser pulses in a subwavelength plasma aperture
本研究通过三维粒子模拟证实强激光脉冲在亚波长等离子体孔径中可实现非共振的显著场增强，揭示其能量集中源于入射场与背向散射纵向场的干涉，为极端强度下的等离子体光学器件应用提供了可能。
2025-10-30 physics.optics physics.plasm-ph
Resolution of objects within subwavelength range by using the near field of a dipole
本文分析了点偶极子近场照明下孔径的远场分辨率，发现减小源与孔径距离可将倏逝波转化为传播波从而提高分辨率，无需复杂的近场扫描技术即可分辨相近物体。
2012-06-08 physics.optics
Generation and subwavelength focusing of longitudinal magnetic fields in a metallized fiber tip
我们通过实验和数值计算证明，在NSOM中使用的光纤尖端中，方位极化电场（|E $_{\text{azi}}$| $^2$ /|E $_{\text{tot}}$|对于1.4μm针尖孔径直径和λ $\pm $ = 1550 nm，分别产生亚波长限制（FWHM $\approx$ 450 nm $\approx$ λ $_0$ /3.5）磁场。我们属性的金属涂层的光纤尖端中的对称性破缺的弯曲和随后的等离子体激元模式过滤在截头圆锥锥中的这种场分布的产生。
2014-05-31 physics.optics
The Chimaerical Quest for the Optical Plasmonic Superlens
这篇评论旨在揭露声称等离子体银膜超透镜能够成像真正的亚波长物体的谬论。这种透镜是由伯克利小组提出的，他们在误导性实验中不恰当地将亚波长孔径视为要成像的对象，而这些孔径的主要功能是将自由空间激光转换为激发银中的表面等离子体共振现象所必需的倏逝场。此外，孔径还决定了银膜上可能发生这种现象的受限有效面积。我们提供了一个新的有见地的物理解释如何激发这种现象，它需要什么。我们强调的现象的重要影响的亚波长转换（减少）所产生的表面等离子体及其相关的约束增强倏逝场。
2014-04-04 physics.optics
Waveguide properties of single subwavelength holes demonstrated with radially and azimuthally polarized light
研究了聚焦光束通过银膜中单个亚波长孔的传输特性。我们分别使用径向和方位角偏振光来激发高阶波导模式以及匹配孔径几何形状的径向对称性。值得注意的是，传输特性可以描述的经典波导模型，即使厚度的银膜薄的四分之一波长。
2007-08-10 physics.optics
Funneling Light Through a Subwavelength Aperture with Epsilon-Near-Zero Materials
下一代光子结构与电子和光学片上组件的集成需要开发有效的方法来限制和控制亚波长体积中的光。最近提出了几种使光耦合到亚波长物体的技术，包括基于光栅和复合材料的解决方案。然而，这些耦合器的实验实现涉及复杂的制造与\sim 10 nm分辨率的三维。复杂耦合结构的一个有前途的替代方案涉及具有极小介电常数的材料，也称为ε近零（ENZ）材料。与先前参考的方法相比，期望ENZ材料的单个层提供自由空间辐射与亚波长引导结构之间的有效耦合。在这里，我们报告的第一个直接观察到的散装ENZ增强传输通过亚波长狭缝，伴随着这种现象的理论研究。我们的研究为ENZ材料和基于ENZ的光子系统的多种实际应用打开了大门。
2011-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A deep learning approach to resonant light transmission through single subwavelength apertures
光的共振传输是表面波辅助的现象，其使得荧光能够穿过在不透明的金属屏幕中铣削的亚波长孔径。在这项工作中，我们引入了一种深度学习方法，可以有效地计算和设计在金属屏幕上穿孔的单个亚波长狭缝的光学响应，并被周期性排列的压痕包围。首先，我们证明了基于耦合模式理论形式主义的半分析框架是一种强大而有效的方法来生成所提出的方法所需的大型训练数据集。其次，我们讨论了如何简单，密集连接的人工神经网络可以准确地学习从定义系统的拓扑结构的几何参数映射到其相应的透射谱。最后，我们报告了一个深度学习串联架构，能够为所考虑的系统类别执行逆向设计任务。我们希望这项工作能够激发进一步的工作，将深度学习应用于分析纳米结构金属薄膜中的光-物质相互作用。
2021-06-20 cond-mat.dis-nn physics.comp-ph physics.optics
Enhanced Transmission of Light and Particle Waves through Subwavelength Nanoapertures by Far-Field Interference
金属薄膜中的亚波长孔径阵列可以增强光和物质（原子）波的传输。这种现象依赖于金属表面等离子体波或物质波的共振激发和干涉。我们展示了一种新的机制，它可以提供一个伟大的共振和非共振传输增强的光或德布罗意粒子波通过孔径不是由表面波，而是由建设性的衍射波（由孔径产生的光束）在放置在远场区的检测器的干涉。与其他模型相比，该机制既不依赖于光束（连续波或脉冲）的性质（光或物质），也不依赖于多光束源（一维和二维亚波长孔径阵列，纤维，偶极子或原子）的材料和形状。光栅透射谱中的Wood反常现象是光学中一个长期存在的问题，它是由我们模型的干涉性质自然产生的。本文的创新点是对经典Young型双源系统中Wood异常的预测。这种新机制可以被解释为著名的迪克量子模型预测的亚波长原子系综的超辐射发射的非量子模拟（光功率和能量尺度为光源数量的平方，而不考虑周期性）。
2008-05-28 physics.class-ph physics.optics
Plasmonic lasing of nanocavity embedding in metallic nanoantenna array
等离子体纳米激光器具有双激光阈值，特别是那些所有三个维度都是真正亚波长的设备。由于亚波长纳米腔的局域光场和传播光之间的动量失配，低的光泵浦效率是导致阈值的另一个重要原因，但通常总是被忽略。基于腔嵌入式纳米天线阵列设计，我们展示了一种室温低阈值等离子体纳米激光器，该激光器具有鲁棒性、可重复性和易于使用化学模板光刻法制造。该器件的模体积为~0.22（λ/2n）3（λ为谐振波长，n为折射率），激光阈值为~2.70MW/mm ~ 2。详细研究了纳米天线阵列的激射偏振特性和作用。我们的工作提供了一种新的策略，以实现在生物传感和信息技术的应用感兴趣的室温低阈值等离子体纳米激光器。
2014-12-05 physics.optics
Near-field terahertz probes with room-temperature nanodetectors for subwavelength resolution imaging
太赫兹（THz）波的近场成像正在成为光子学基础研究以及物理和生命科学的强大技术。通过放置在近场的小孔收集来自物体的太赫兹波，可以实现超过衍射极限的空间分辨率。然而，通过亚波长尺寸孔径的光透射从根本上受到光的波动性质的限制。在这里，我们设想了一种新的架构，利用固有的强大的倏逝太赫兹场内产生的光圈，以减轻消失传输的问题。亚波长孔径最初耦合到非对称电极，其激活由黑磷或InAs纳米线薄片制成的晶体管通道中的热电THz检测机制。所提出的新型太赫兹近场探针能够用3.4太赫兹量子级联激光器实现室温亚波长分辨率相干成像，为紧凑和多功能的太赫兹成像系统铺平了道路，并有望弥合空间分辨率从纳米级到衍射极限的差距。
2019-03-14 physics.app-ph physics.optics
Diffraction-free subwavelength-beam optics
衍射是光传播的基本性质。由于这一现象，光通过亚波长狭缝时会向各个方向衍射，这就对光束在离孔径一定距离处的横向尺寸施加了基本限制。我们表明，一个亚波长大小的光束传播没有衍射展宽可以产生在自由空间中的建设性干涉各自的高折射率波导的菲涅耳源的多个光束。此外，它表明，这样的源不仅可以构造为连续波，但也为超短（近单周期）脉冲。结果从理论上证明了无衍射亚波长束流光学的可行性。该方法将近场亚波长束流光学（例如近场扫描光学显微镜和光谱学）的操作扩展到“不太远”的场区（0.5至约10个波长）。
2003-09-17 physics.optics
Transmittance of a subwavelength aperture flanked by a finite groove array \\ placed near the focus of a conventional lens
本文研究了用普通透镜照明的一维光捕获结构。我们的理论研究表明，当该结构被放置在透镜的焦平面附近时，可以获得高的传输效率。所考虑的结构是一个有限缝槽阵列（SGA）与一个给定数量的凹槽对称分布相对于一个中央狭缝。SGA在不透明的金属膜上被纳米图案化。结果表明，当（i）在狭缝内激发类法布里-珀罗模和（ii）光阑的有效截面为入射光束的半峰全宽量级时，即使对于单个狭缝，也能获得80%的总透过率。通过凹槽阵列产生8%的进一步增强。凹槽阵列的最佳几何形状由位于狭缝两侧的中等数量的凹槽（$ \geq 4$）组成，凹槽之间的距离为入射波长$λ$的一半。凹槽应该比平面波照明通常报告的凹槽更深（深度为$\geq λ/4$），以增加其单独的散射截面。
2014-03-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Interference-induced enhancement of intensity and energy of a multimode quantum optical field by a subwavelength array of coherent light sources
最近，我们已经表明了一种机制，可以提供一个很大的传输增强的光波通过亚波长孔径阵列在薄金属薄膜中不是由等离子体极化激元波，但衍射波（由孔径产生的光束）在放置在远场区的检测器的建设性干涉。我们现在提出一个量子模型的重新表述。导出了多模量子光场的强度和能量的干涉增强的哈密顿量。这样的场可以例如由相干光源的亚波长阵列产生。
2008-06-13 math-ph math.MP physics.optics
Terahertz measurements on subwavelength-size samples down to the tunneling limit
本研究针对太赫兹光谱中亚波长样品衍射影响精度的问题，采用连续波太赫兹光谱仪结合波导模型分析不同孔径下的测量数据，证实锥形薄孔径结合类波导分析可将α-乳糖一水合物的定量相位测量拓展至更低频率。
2022-03-25 physics.optics
Great enhancement of strong-field ionization in femtosecond-laser subwavelength-structured fused silica
利用波长简并泵浦探测光谱技术研究了飞秒激光亚波长结构熔石英中强场电离的超快动力学过程。对比光谱表明，飞秒激光亚波长结构化总是引起强场电离和三阶非线性光学效应的显著增强，这是飞秒激光高激发表面亚波长孔中强场局部增强的直接证据。总之，研究表明飞秒激光烧蚀纳米晶时，强场电离的亚波长空间效应非常显著，这在很大程度上促成了著名的“孵化效应”。
2018-12-30 physics.app-ph physics.optics
Breaking of Energy Conservation Law: Creating and Destroying of Energy by Subwavelength Nanosystems
预言了具有光或物质（量子）波动性质的亚波长守恒系统的额外能量、负能量和能量湮灭。在任何亚波长物理系统中，能量的产生和毁灭都打破了能量的守恒定律。这一矛盾现象在光和物质通过亚波长孔径的异常传输的背景下得到了证明[T.W. Ebbesen等人，Nature（London）391，667（1998）和E. Moreno等人，物理修订版信函95，170406（2005）]。
2006-12-27 physics.class-ph physics.optics quant-ph
Free-Space Wide-Aperture Sheet-Isolator Based on a Multilayered Resonant Cavity
我们介绍了第一个概念设计的自由空间薄板隔离器具有无限的孔径和宽带全向抑制向后传播的光的可能性。所提出的设计涉及一个多层谐振腔，包括亚波长磁性层，二向色纳米层，和一个可选的金属纳米层。腔共振增强了由亚波长磁性层产生的法拉第旋转，同时提供了由二向色纳米层对向后传播的光的几乎全部吸收。后者是一个必要的和最具挑战性的条件，薄板隔离器与无限孔径的功能。（可选的）金属纳米层提供对倾斜入射光的抑制，否则倾斜入射光将在任一方向上部分透射。我们的数值模拟和准光学测量在毫米波频率说明了分层片隔离器的关键要素是如何工作的。我们的方法可以缩小到长红外和中红外波长。
2019-10-08 physics.app-ph physics.optics
Theory of surface plasmon generation at nanoslit apertures
在这封信中，我们研究了金属屏中单个亚波长狭缝对光的光的散射。在以前的理论工作相比，我们提供了一个微观描述的散射过程，强调在狭缝孔径的表面等离子体激元的产生。支持分析的是一个严格的形式主义的基础上的正常模式分解技术和半解析模型，它提供了精确的公式的等离子体激元生成强度。生成被证明是相当有效的金属与低电导率，如黄金在可见光范围内。通过与最近的实验数据[H. F. Schouten等人，物理修订版信函94，053901（2005）]。
2005-12-22 physics.optics
Optical forces on cylinders near subwavelength slits illuminated by a photonic nanojet
我们讨论施加在粒子上的光学力，无论是电介质或金属，附近的亚波长狭缝由光子nanojet照明。我们比较这些情况下，米氏共振或不激发。研究的配置是2D的，因此这些粒子是无限的圆柱体，为了获得非凡的传输，照明光束是p偏振的。我们展示了这些粒子共振对光学力的不同影响：虽然在这些照明条件下的回音壁模式削弱了力的强度，但后者通过局部等离子体激元激发而增强。此外，与用高斯光束照射狭缝相比，用纳米喷射照射狭缝将在孔的出口处的颗粒上的光学力增强了3至10倍。此外，这种小的共振金属颗粒在由纳米射流直接照射时所经受的拉力可以通过狭缝的存在而改变，使得它可以在颗粒的某些横向位置处变得排斥。
2012-07-09 physics.optics
Design of Rectangular Waveguide-fed Metasurfaces for Near-Field Shaping using a Coupled Dipole Model
本研究提出利用耦合偶极子模型设计矩形波导馈电超材料表面，实现近场形状的精确控制。
2025-11-20 physics.app-ph physics.optics
Extension of Bethe's diffraction model to conical Geometry: application to near field optics
在近场扫描光学显微镜中使用的涂层锥形光纤尖端的辐射区，研究了Bethe双偶极子模型的一般性，通过一个亚波长孔在导电平面中的光衍射。为了从理论上描述针尖的角辐射功率，我们提出了一个简单的，小孔径（半径< 40 nm）的多极展开的基础上的分析模型。我们的模型能够重现现有的实验结果。它证明相对不敏感的锥角和孔径半径，并包含，作为第一近似，经验的两个偶极子模型提出较早。
2010-02-04 physics.optics
The optimal form of the scanning near-field optical microscopy probe
提出了一种确定近场光学显微镜探头最佳形状的理论方法。得到了亚波长孔径探头最佳形状的解析表达式。通过数值计算，说明了具有最佳形式的探头的优点。进行的计算表明，10倍更大的光通量和接收的可能性，更复杂的本地化的光在输出探头孔径，这可能表明更好的空间分辨率的光学图像在近场光学技术使用最佳的探针。
2005-09-25 physics.optics
Acoustically tuneable optical transmission through a subwavelength hole with a bubble
在亚波长大小的体积中有效地操纵光和声对于光子学、声子学和生物物理学中的应用是重要的，但仍然是难以捉摸的。我们从理论上证明了在亚波长，300 nm宽的充满水的孔与100 nm半径的气泡与MHz范围的超声波的光的控制。超声波驱动的气泡脉动调制孔孔径的有效折射率，这引起通过孔的光传输的光谱调谐。这种控制机制为可调谐声光和光机械超材料以及全光学超声转换开辟了新的机会。
2016-10-15 cond-mat.other physics.bio-ph physics.flu-dyn
High-efficiency, 80-mm aperture metalens telescope
Metalenses是一种人工设计的亚波长纳米结构，可以将光聚焦在100 μ m的厚度内，有望实现传统光学器件的范式转变。然而，超透镜的孔径尺寸通常被常用的基于扫描的制造方法限制在数百微米内，限制了它们在望远镜等实际光学设备上的使用。在这里，我们第一次展示了一个高效率，单透镜，折射超透镜望远镜。我们开发了一种大规模生产友好的工作流程，用于使用深紫外（DUV）光刻和多次曝光工艺制造晶圆级（80 mm孔径）超透镜，该工艺涉及掩模版旋转和图案拼接，以利用超透镜的径向对称性。我们的超透镜工作在近红外区域（1200 - 1600 nm），具有衍射极限性能，实验上在1450 nm处的峰值聚焦效率高达80.84%。基于超透镜，我们建造了一个单镜头望远镜，并获得了月球表面的图像，揭示了其地理结构。我们相信我们对超透镜望远镜的展示证明了超表面令人兴奋的潜力，并可能为涉及大型光学系统的领域带来新的可能性，包括地球科学，行星观测和天体物理科学。
2022-05-25 physics.optics
Diffraction by a small aperture in conical geometry: Application to metal coated tips used in near-field scanning optical microscopy
从理论上研究了光通过圆锥形金属屏顶点处亚波长光阑的衍射问题。多极场展开的基础上开发的方法来解决麦克斯韦方程组解析使用的边界条件适用于圆锥形的几何形状和有限的电导率的一个真正的金属。详细讨论了衍射场的拓扑性质，并与平板屏小孔衍射场的拓扑性质作了比较。e.贝特的问题该模型适用于涂层，圆锥锥形光纤尖端，用于近场扫描光学显微镜。它表明，这样的提示行为在很大一部分的空间像一个简单的组合，位于顶点平面（电偶极子和磁偶极子平行于入射场在顶点），其确切的表达式被确定的两个有效的偶极子。然而，在P平面的大的“向后”发射-一个突出的实验事实，至今仍无法解释-在我们的分析，超越了双偶极子近似恢复。
2010-02-12 physics.optics
Achieving Extraordinary Acoustic Transmission in a Single Slit by Boundary Impedance Engineering
Facultad de Ciencias, UAEMex（UAEMex理学院）
本研究通过优化边界阻抗实现单条亚波长狭缝的非凡声学传输，揭示了阻抗匹配在增强传输中的关键作用。
2026-01-02 physics.flu-dyn physics.optics
Enhanced Transmission and Second Harmonic Generation from Subwavelength Slits on Metal Substrates
我们从理论上研究了二次谐波产生，起源于非线性，磁洛伦兹力长期从单一和多个孔刻在厚，不透明的金属基板。金属基板上的孔的线性传输特性先前已经在光的非凡传输的背景下进行了研究。传输过程由许多物理机制驱动，其特性和相对重要性取决于金属基底的厚度、狭缝尺寸和狭缝间隔。在这项工作中，我们表明，腔效应和表面等离子体激元产生的组合产生增强的二次谐波产生的制度的非凡的透射率的泵浦场。我们研究了前向和后向二次谐波产生转换效率作为几何参数的函数，以及它们如何与泵浦传输效率相关。共振现象在所产生的二次谐波信号中是明显的，因为转换效率取决于入射泵浦脉冲的持续时间，并且因此取决于其带宽。我们的研究结果表明，紧限制模式的激发以及增强的传输和非线性过程的组合可以导致几个潜在的新的应用，如光刻，扫描显微镜，和高密度光学数据存储设备。
2008-03-12 physics.acc-ph physics.optics
Fourier Synthetic Aperture-based Time-resolved Terahertz Imaging
本研究提出一种基于傅里叶合成孔径的时间分辨太赫兹成像方法，通过多角度脉冲照明与时间域光谱技术获取高空间频率，突破瑞利衍射极限，实现半透明复杂样品的亚波长分辨率高光谱成像。
2024-10-04 physics.optics
Super-resolution and non-diffraction longitudinal polarized beam
提出了一种产生亚波长（0.43 λ）纵向偏振光束的方法，该光束在自由空间中传播时不发散，长度约为4 λ。这是通过控制高数值孔径聚焦透镜孔径上贝塞尔-高斯场的振幅、相位和偏振特性来实现的。
2007-09-18 physics.optics physics.pop-ph
Resonance Frequencies of a Slab with Subwavelength Slits: a Fourier-transformation Approach
本文提出了一种新的、严格的和简单的傅里叶变换方法来研究具有有限个宽度为$h\ll 1$的亚波长狭缝的理想导电平板中的谐振。由于狭缝外的区域是变量分离的，通过对控制方程进行傅里叶变换，我们可以用孔径上的场导数来表示外部区域的场。其次，在变量分离仍然可用的每个狭缝中，波场可以表示为具有未知傅里叶系数的可数基函数的傅里叶级数。最后，通过在孔径上匹配场，建立了一个控制可列傅里叶系数的无穷多个线性方程组。通过对系数矩阵的每一项进行仔细的渐近分析，我们严格地证明了，通过只删除有限数量的行和列，所得到的主子矩阵是对角占优的，从而可以将无限维线性系简化为有限维线性系.共振频率正是使线性系秩亏的那些频率。这反过来又提供了一个简单的渐近公式，描述谐振频率的精度为${\cal O}(h^3\log h)$。我们强调，这样的公式是更准确的比所有现有的结果，是第一个准确的结果，特别是对缝数超过两个，我们最好的知识。此外，这个渐近公式严格地证实了这样一个事实，即无论我们如何放置狭缝，只要它们间隔的距离与宽度$h$无关，谐振频率的虚部总是${\cal O}(h)$。
2020-12-26 cs.NA math.NA physics.optics
High-Efficiency, Extreme-Numerical-Aperture Metasurfaces Based on Partial Control of the Phase of Light
高质量的平面光学元件需要大角度和宽波长范围内的高效光偏转。尽管相位梯度超颖表面通过利用亚波长尺寸的散射体向电场连续添加0至2π范围内的相移来实现这一点，但是它们的性能受到界面处相位调制的空间分辨率的限制。在这里，我们介绍了一类新的超颖表面的基础上的一般配方，其中的相移覆盖小于整个0-2π范围，提供显着的优势。更具体地说，这种方法允许实现具有更紧凑和更少相互作用的散射体的超颖表面，因此更精确的相位调制，并且将超颖表面的性能限制推进到显著超过全覆盖相位梯度方法的那些的域。将这一概念应用于等离子体和电介质表面，我们证明了大的相位梯度导致高数值孔径浸没超透镜（NA=1.4），在可见波长处具有近衍射极限分辨率（~0.32λ）。我们的概念能够增加功能，例如在单层上的宽带性能和波长解复用，超过了单层等离子体超颖表面的理论交叉偏振传输效率限制，并为介电超颖表面产生67%的效率。这项工作为实现高分辨率平面光学元件和高效等离子体元器件铺平了道路。
2018-07-18 physics.optics
Far-field Imaging beyond the Diffraction Limit Using a Single Radar
在各种成像应用中，超过衍射极限的远场成像是一个长期追求的目标，这通常需要天线阵列或机械扫描。在这里，我们提出了一种替代和新颖的概念，这个具有挑战性的问题：一个单一的雷达系统组成的时空谐振孔径天线（称为奴隶天线）和宽带喇叭天线（称为主天线）。我们从理论上证明了这种谐振孔径天线负责将部分倏逝波转换为传播波，并将它们传递到远场。我们还证明了所提出的亚波长成像策略有三个基本要求：强时空色散孔径，近场耦合，和时间（或宽带）照明。这种单雷达成像的概念提供了独特的能力，当物体被宽带电磁波照射时产生实时数据，这显著地提升了诸如近场扫描、机械扫描或天线阵列的苛刻要求。我们期望这种成像方法将在微波、太赫兹、光学和超声领域的超分辨率成像中取得突破。
2014-06-09 physics.optics
Quasi-Bound States in the Continuum-Induced Second Harmonic Generation Enhancement in High-$Q$ Triple Dielectric Nanoresonators
Institute for Advanced Study, Nanchang University（南昌大学高等研究院）；School of Education, Nanchang Institute of Science and Technology（南昌理工学院教育学院）；School of Optoelectronic Engineering, Guangdong Polytechnic Normal University（广东技术师范大学光电工程学院）；School of Information Engineering, Nanchang University（南昌大学信息工程学院）；School of Physics and Electronic Science, East China Normal University（华东师范大学物理与电子科学学院）
通过三亚波长电介质谐振器中的破坏性干涉实现高Q共振，提升二次谐波生成效率至6.6%
2025-07-02 physics.optics
Directional and singular surface plasmon generation in chiral and achiral nanostructures demonstrated by Leakage Radiation Microscopy
在本文中，我们描述了实施泄漏辐射显微镜（LRM）探测等离子体纳米结构的手性。我们实验证明自旋驱动的定向耦合以及涡旋产生的表面等离子体激元（SPPs）的纳米结构与T形和$Λ$形孔。使用这种远场方法，定量检查，包括方向性和消光比测量，通过偏振分析在图像和傅立叶平面。为了支持我们的实验结果，我们开发了一个分析模型的基础上的多偶极表示的$Λ$和T形孔径等离子体耦合器，允许的理论解释的方向性和奇异的SPP形成。此外，在这项工作中，对称性破缺和相位的作用被强调。这种自旋轨道相互作用的定量表征为开发用于亚波长路由的新定向耦合器铺平了道路。
2016-11-30 physics.optics
Mathematical theory for electromagnetic scattering resonances and field enhancement in a subwavelength annular gap
本文提出了一种在金属板中嵌入亚波长环形孔的电磁散射共振的数学理论，环形孔的宽度为$h\ll1$。该模型在许多三维亚波长孔结构中具有代表性，这些孔结构能够引起电磁波的共振散射和所谓的异常光透射。我们开发了一个多尺度框架的基础上结合的积分方程在外部域和波导模式扩展内的微小孔的散射问题。电磁场在孔径上的匹配导致一系列解耦的无限系统，这些系统用于建立散射问题的谐振条件。通过对无限大系统和共振条件的严格分析，我们刻画了复平面上有界区域内的所有共振。结果表明，谐振与环形孔中的TE和TEM波导模式相关联，并且它们以${\cal O}(h)$阶的虚部靠近实轴。我们还研究了入射波时的共振散射。证明了在与环形孔中的TE模相关联的谐振频率处，电磁场以${\cal O}(1/h)$阶放大。另一方面，与TEM模式相关的一个特定谐振不能由平面波激发，但可以用近场电偶极子源激发，导致${\cal O}(1/h)$级的场增强。
2022-05-11 math-ph math.MP physics.optics
Low Reflectance All-Glass Metasurface Lenses Based on Laser Self-generated Nanoparticles
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出利用激光自生成纳米颗粒制备低反射全玻璃超材料透镜，实现高功率激光光学的高孔径、高通量和耐用性需求。
2026-03-09 physics.optics
Nano-jet Related to Bessel Beams and to Super-Resolutions in Micro-sphere Optical Experiments
将微球光学实验中的纳米喷流现象与无衍射贝塞尔光束联系起来，分析了这种现象。通过插入一个圆形孔径的半径，这是在亚波长的EM腰部的顺序，并发送到共焦显微镜的透射光，由不同的贝塞尔光束的EM波动被避免。在这个恒定的电磁场上叠加了倏逝波。虽然这种效应提高了成像过程的光学深度，但从由倏逝波调制的EM场获得了对象精细结构。介绍了微球光学系统与干涉仪相结合进行相衬测量的方法。
2017-06-13 physics.optics
Plasmon Assisted Optical Curtains
我们预测一种光幕效应，即，当光从一组周期性金属纳米物体射出时，形成空间不变的光场。产生这种独特光幕的基本物理机制可以在空间域和波矢域中得到解释。特别地，在每个周期中，我们使用一个金属纳米带来使撞击在两个金属纳米缝的开口上的光的振幅相等，并且还将它们的相位偏移π差。阐述了周期性、狭缝高度等几何参数对输出效应的影响，通过控制入射到金属亚波长孔径上的光，可以实现任意形状的光学幕，为等离子体纳米光刻开辟了新的途径。
2010-03-29 physics.optics
Non-Invasive Near-field Spectroscopy of Single Sub-Wavelength Complementary Resonators
亚波长金属谐振器提供了一种途径，以实现强的光-物质耦合的谐振电磁场的紧约束的手段。然而，这种谐振器的研究通常存在实验困难，特别是在太赫兹（THz）频率下。单个亚波长谐振器与太赫兹光束的相互作用很弱，使得很难使用远场方法对其进行探测;而谐振器阵列表现出谐振器间耦合，这会影响谐振器的光谱特征和场限制。在这里，传统的远场太赫兹光谱系统地比较孔径型太赫兹近场显微镜研究互补太赫兹谐振器。虽然远场方法被证明对于测量单个谐振器是不切实际的，但是近场技术给出了高信噪比的光谱信息，这只能在远场中用谐振器阵列实现。同时，近场技术使我们能够分析单个谐振器-无阵列中存在的谐振器间耦合-而不会与近场探头发生显着相互作用。此外，近场技术允许在空间和时间中映射高度受限的场和表面波。这些信息提供了宝贵的洞察阵列谐振器的光谱响应。这种近场显微镜和光谱学的方法，使调查在太赫兹频率在单谐振器制度的强烈的光-物质耦合。
2020-12-16 physics.optics
Inverse-Designed Photonic Crystal Cavities with Controllable Far-Field Numerical Aperture
University of Maryland（马里兰大学）
本文提出一种同时优化品质因子和远场数值孔径的光子晶体微腔逆向设计框架，在氮化硅L3微腔中实现耦合效率提升28倍、品质因子提升3.9倍，并验证了其对纳米制造缺陷的鲁棒性。
2026-10-05 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Controlling light polarization by swirling surface plasmons
光的偏振是现代光学的一个重要方面。目前的偏振控制方法利用各向异性材料或各向异性形状纳米结构阵列的双折射和二向色性。基于集体光学效应，所产生的组件仍然比光的波长大得多，这限制了设计策略。在这里，我们提出了一种行波等离子体天线，克服了这一限制，使用金涂层的螺旋纳米线非辐射馈与偶极孔径纳米天线。我们的非共振混合纳米天线通过在亚波长尺度上旋转表面等离子体激元并利用光学自旋轨道相互作用来实现紧密限制的圆偏振光。四个紧密包装的圆偏振光源相反的旋向性和可调强度的演示。通过相邻纳米天线之间的近场相互作用，我们获得了一个高度小型化的波片，其偏振特性以前从未被证明。
2018-12-16 physics.optics
Inverse designed full-Stokes polarimetric metasurface with simultaneous wavefront sensing for visible light
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Meopta s.r.o.（梅奥塔有限公司）
本文提出一种反向设计的全斯托克斯极化表面，实现可见光波前传感与极化状态的同时测量，通过优化纳米结构几何和旋转，提升系统效率和精度。
2026-04-20 physics.app-ph physics.optics
Enhanced Transmission of Light and Matter through Nanoapertures without Assistance of Surface Waves
薄金属膜中的亚波长孔径阵列能够增强光和物质波的传输[例如，参见T.W. Ebbesen等人，Nature（London）391，667（1998）和E. Moreno等人，物理修订版信函95，170406（2005）]。这种现象依赖于表面电子或物质波的共振激发。我们展示了另一种机制，它提供了一个很大的传输增强，而不是通过耦合到表面波，但在远场区的衍射倏逝波的干涉。通过与最近公布的数据进行比较，验证了该机制。
2006-03-23 physics.optics quant-ph
Phase-resolved surface plasmon scattering probed by cathodoluminescence holography
高能（1-100 keV）电子可以相干耦合到等离子体和介电纳米结构，产生阴极发光（CL），其光谱特征揭示了深亚波长空间分辨率下材料共振模式的细节。虽然CL提供了光学模式的基本见解，但检测其相位仍然难以捉摸。在这里，我们介绍傅里叶变换CL全息作为一种方法来确定散射等离子体场的远场相位分布。我们记录的过渡辐射参考场和表面等离激元散射等离激元纳米孔，纳米立方体和螺旋纳米孔径之间的远场干涉和重建的角度分辨相位分布。从导出的场，我们推导出诱导散射偶极子的相对强度和相位。数据表明，每个电子波包崩溃在样品表面和相干激发跃迁辐射和表面等离子体激元量子。傅里叶变换CL全息开辟了一个新的世界相干光散射和表面波的研究与纳米空间分辨率。
2019-12-09 physics.optics
Highly efficient ultra-broad beam silicon nanophotonic antenna based on near-field phase engineering
光学天线是光学相控阵（OPA）和自由空间光学互连中的基本元件。光学天线设计中的一个突出挑战在于同时实现高辐射效率、超紧凑的基底面和宽辐射角，这是具有宽转向范围的密集2D OPA所需的。在这里，我们展示了一个全新的概念，基于近场相位工程的纳米光子天线。通过在夫琅和费变换中引入一个特定的近场相位因子，远场光束被展宽到衍射极限之外。我们使用横向交错的亚波长光栅纳米结构来控制近场相位。该天线的辐射效率为82%，尺寸为3.1 μ m * 1.75 μ m，纵向和横向的超宽远场波束宽度分别为52°和62°。这种前所未有的设计性能是通过在300 nm SOI平台中的单蚀刻光栅纳米结构实现的。
2022-09-01 physics.optics
Beyond-limit light focusing in the intermediate zone
我们的实验表明，一种新的纳米透镜设计的等离子体亚波长孔径可以将光聚焦到一个单一的线，其宽度超过衍射极限，设置在波长的一半最小可实现的线宽。测量表明，在线宽小于2 < kr < 4的中间区，近场对聚焦光的影响可以忽略不计。因此，作为理论预测的验证，聚焦的场是辐射的，并且具有能够传播到远区的动量，这与极限有关。
2009-01-13 physics.optics physics.plasm-ph
