Controlling Electromagnetic Surface Waves with Conformal Transformation Optics
应用变换光学来开发有趣的电磁器件可以在准共形和/或共形映射的帮助下产生弱各向异性或各向同性介质，而不是由一般映射产生的强各向异性介质;然而，它通常限于二维应用。通过解决嵌入在三维空间中的两个流形之间的共形映射，我们证明了电磁表面波可以被控制，而不引入奇异性和各向异性的设备参数。利用富有成效的曲面共形参数化方法，可以得到任意边界光滑流形之间的近完美共形映射。插图的伪装和幻想，包括表面Luneburg和伊顿透镜和黑洞表面波，提供。我们的工作使微波和光波长的表面波操纵更近了一步。
2023-01-01 physics.class-ph physics.optics
Light Trapping Textures Designed by Electromagnetic Optimization for Sub-Wavelength Thick Solar Cells
太阳能电池中的光捕获允许增加电流和电压，以及降低材料成本。已知在几何光学中，通过随机纹理化太阳能电池的表面可以实现最大4n^2的吸收增强因子，其中n是材料折射率。只有当太阳能电池的厚度远大于光波长时，这种射线光学吸收增强极限才成立。在亚波长薄膜中，基本的问题仍然没有答案：（1）亚波长吸收增强极限是什么？（2）什么样的表面纹理实现了这种最佳的吸收增强？我们转向计算电磁优化，以设计亚波长薄膜中的光捕获纳米级纹理。对于高折射率薄膜，在弱吸收极限，我们优化的表面纹理产生的角度和频率平均增强因子~39。它们的性能比随机纹理结构好大约30%，但它们低于4n^2 ~ 50的射线光学增强极限。
2013-07-20 physics.optics
Computational Electromagnetics Meets Spin Qubits: Controlling Noise Effects in Quantum Sensing and Computing
针对自旋量子比特器件中低频近场电磁涨落噪声难以控制的问题，研究人员借助基于体积分方程的快速精确求解器，提出量子计算电磁学框架，拓展了计算电磁学的应用场景，为提升相关量子器件性能提供了新路径。
2024-09-17 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
An electromagnetic multipole expansion beyond the long-wavelength approximation
多极展开是研究光与物质相互作用的重要工具。所有关于给定电荷密度分布的电磁场的辐射和耦合的信息都被浓缩成几个数字：源的多极矩。这些数字通常是用长波长近似后得到的表达式计算的。在这里，我们推导出精确的表达式的多极矩的动态源，类似于他们的简单性，他们的近似同行。我们验证我们的新表达式对球形源的分析结果，然后用它们来计算一些选定的源与非平凡的形状的诱导力矩。与近似表达式得到的结果的比较显示出相当大的分歧，即使是亚波长大小的源。我们的表达式是相关的任何科学领域处理电磁场和物质系统之间的相互作用。
2018-05-05 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
Controlling the Emission of Electromagnetic Sources by Coordinate transformation
研究了含有电磁源的空间上的坐标变换问题。我们发现，不仅介质的介电常数和磁导率张量，而且介质内的源将采取另一种形式，以便表现为与原始情况等效。结果表明，在自由空间中任意形状和位置的源可以被适当设计的电流分布在内表面的超材料涂层所取代，并且不会被外部观察者检测到，因为源的发射可以通过这种方式随意控制。作为例子，我们展示了如何设计共形天线覆盖源与转换介质。本文提出的方法为开发新型有源电磁器件提供了一种全新的途径。
2007-12-21 physics.gen-ph physics.optics
Electromagnetically induced transparency and wide-band wavelength conversion in silicon nitride microdisk optomechanical resonators
我们证明了光机械介导的电磁感应的透明度和波长转换的氮化硅（Si3N4）微盘谐振器。制造的器件支持品质因数（Q）为10^6的回音壁光学模式，以及Q=10^4和625 MHz的谐振频率的径向呼吸机械模式，使得系统处于分辨边带状态。将强光学控制场放置在光学模式的红（蓝）失谐边带上会产生与共振探测光束的相干干涉，从而为探测器引入透明（吸收）窗口。对于器件的多个光学模式观察到这一点，所有这些光学模式都耦合到相同的机械模式，并且由于Si3N4的大带隙，这些光学模式可以在波长上广泛分离。利用这些特性来演示频率跨度为69.4 THz的1300 nm和980 nm波段之间的光信号的频率上转换和下转换。
2013-06-03 physics.optics
Characterization of Surface Electromagnetic Waves and Scattering on Infrared Metamaterial Absorbers
我们首次报告了红外超材料吸收体（MMA）表面所有可能的光物质相互作用的完整实验和计算研究。两个渠道的能量耗散-漫散射和产生的表面电磁波-量化的镜面吸收的影响。漫散射被发现在吸收过程中发挥可忽略不计的滚动，至少对于波长大于周期性的单元电池。相反，发现在MMA的工作波长（即λ_0）和更短的波长下，对于横向磁（TM）偏振光产生表面电磁波。计算结果表明，在TM偏振态下，高损耗的表面电磁波在λ_0处产生，这是TM偏振态吸收具有良好的角度依赖性的原因。实验结果支持全波三维电磁和本征模模拟。
2012-12-12 physics.optics
Dual-wavelength generation and tuning by controlling the apodized grating depth in microring resonators
在这里，我们展示了一种用于可调谐双波长产生的光子设计，其部署了连接到泵浦和分出波导总线的两个耦合III-V族半导体微谐振器（MRR）的光学非线性模式耦合。这里，两个环中的一个包含光栅，而另一个具有平面表面。双波长产生的基础机制源于光谱的共振失谐，导致非线性模式混合。通过改变MRR的光栅深度和功率耦合系数来实现波长的可调谐性。对于MRR的光栅设计，我们选择了一个椭圆形轮廓的切趾光栅，以获得旁瓣处的低反射率。时域行波（TDTW）分析给出由n=3.2的光栅InP包层包围的3.3的InGaAsP芯折射率。我们进一步证实，高斯脉冲输入与10 mW的功率和带宽为0.76 ps的传播是很好地限制在系统的模式传播。总之，我们的结果显示了2：1扇出的两个光谱分离的信号，紧凑和高功能的芯片上的源。
2017-08-21 physics.app-ph physics.optics
Multipolar expansions for scattering and optical force calculations beyond the long wavelength approximation
本文综述了三种不同的电磁多极子的计算方法，即笛卡尔原始多极子、笛卡尔不可约多极子和球面多极子。我们确定后者作为最适合描述电磁辐射的散射，例如非晶硅球。这些多极子，然后用来计算在很宽的波长范围内，从偶极到米氏制度的半导体，电介质或金属颗粒上的光学力。
2022-08-15 physics.optics
Longitudinal electromagnetic waves with extremely short wavelength
真空和大多数物质中的电磁波具有横向极化。具有平行于波矢的电场的纵向电磁波是非常罕见的，并且在特定条件下出现在有限类介质中，例如在等离子体中。在这项工作中，我们研究了一种易于制造的超材料的色散特性，该超材料由两个三维立方体晶格连接的金属线插入到另一个中，也称为交织线介质。结果表明，超材料支持纵波在非常宽的频带从非常低的频率到布拉格共振的结构。波的特征是前所未有的短波长，与材料的周期相当。揭示的效果突出的空间色散响应的交错线介质，并提供了一个路径产生强空间变化的电磁场。
2021-07-29 physics.app-ph physics.optics
Guiding, focusing, and sensing on the sub-wavelength scale using metallic wire arrays
我们表明，二维阵列的细金属线可以引导横向电磁波（TEM），并将其集中到空间尺寸小得多的真空波长。锥形线束保留了这种引导特性，可用作多通道TEM内窥镜：它们捕获由所研究样品的深亚波长特征产生的详细电磁场分布，并将其放大以进行观察。所得的成像方法是优于传统的扫描显微镜，因为并行性质的图像采集由多个金属丝。可能的应用包括具有纳米级分辨率的太赫兹和中红外内窥镜。
2007-02-06 physics.optics
Three-dimensional electromagnetic metamaterials with non-Maxwellian effective fields
通常假设超材料的长波长极限总是可以用有效磁导率和介电常数张量来描述。这一假设适用于迄今为止所考虑的所有超材料。在这里，我们报告说，这个假设是错误的-存在一个全新的一类超材料组成的多个联锁断开金属网络，有效的长波长理论是本地的，但有效的领域是非麦克斯韦，并拥有更多的内部自由度比有效麦克斯韦领域在均匀介质。
2007-03-05 physics.optics
Experimental demonstration of linear and spinning Janus dipoles for polarisation and wavelength selective near-field coupling
由纳米物体散射的电磁场包含广泛的波矢量，并且可以有效地耦合到波导模式。从亚波长电介质和等离子体纳米粒子的散射的主要贡献是由电和磁偶极响应。在这里，我们实验证明频谱和相位选择性激励的Janus偶极子，源与电和磁偶极子振荡的相位，以控制近场干扰和定向耦合到波导。我们表明，通过控制偶极激发的偏振态和激发波长来调整它们的相对贡献，方向性和耦合强度可以完全调谐。此外，我们介绍了一种新的旋转Janus偶极子具有圆柱对称的近场和远场，这导致无论是全向耦合或非耦合。在纳米光子学和量子光学的许多应用中，需要通过源的偏振分量之间的快速且鲁棒的近场干涉来控制导光波的传播。
2019-01-22 physics.optics
Controlling Plasmonic Catalysis via Strong Coupling with Electromagnetic Resonators
本研究提出通过谐振器结构与等离激元纳米粒子的强耦合控制等离激元催化，利用实时密度泛函理论与麦克斯韦方程组自洽耦合的原子尺度方法，实现对光谱重叠的调控，为非侵入性增强催化并动态响应催化剂劣化提供新途径。
2024-07-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Generalizing Deep Surrogate Solvers for Broadband Electromagnetic Field Prediction at Unseen Wavelengths
针对传统电磁代理求解器仅适用于窄光谱、仿真条件变化易失效的问题，提出基于谱一致性的精细化波先验与WIME组件，实现宽带电磁场精准预测，误差最高降71%，速度超传统数值仿真42倍。
2025-06-17 cs.ET cs.LG physics.optics
Rare-earth doped optical dimers
本文理论研究了真空中Yb3+:YAG纳米球光学二聚体在968 nm和1030 nm共振电磁场下的光学力，发现1030 nm波长不仅能控制光学力，还能实现二聚体冷却。
2024-04-22 physics.optics
Controlling the optical properties of transparent media by mixing active and passive resonances
新的光学现象，包括电磁感应透明，慢光，超光速光传播，最近被证明在不同的物理实现。这些现象在实际系统中实现是具有挑战性的，因为它们需要量子相干性以及精心准备和控制规定的量子态。在这里，我们提出了一个统一的方法来工程光学材料，表现出这些现象，通过使用有源和无源光学材料的混合物在其共振频率附近。我们的方法不依赖于量子相干性，可以实现大的和小的（远小于1）折射率和负介电常数（$ε<0$），正常和异常色散，同时保持透明度。
2007-11-30 physics.optics
Fano resonances in antennas: General control over radiation patterns
许多光学器件的概念都是基于共振等基本物理现象。其中一个常用的设备是电磁天线，它将局部能量转换为自由传播的辐射，反之亦然，提供了控制电磁辐射的独特能力。在这里，我们提出了一个概念，用于控制的电磁波散射的强度和方向性的射频和光学天线的基础上的Fano共振的物理。我们开发了一个分析理论的空间Fano谐振天线，描述了切换的辐射模式之间的向前和向后的方向，并确认我们的理论与数值计算和微波实验。我们的方法桥接了传统的无线电天线和光子纳米天线的概念，它为设计具有各种功能和架构的无线光学器件提供了一个范例。
2013-10-24 physics.optics
Controlling thermal emission of phonon by magnetic metasurfaces
我们的实验表明，声子的热辐射可以通过超颖表面（MTS）中的磁共振（MR）模式来控制。通过改变超颖表面的结构参数，可以将磁共振波长调谐到声子共振波长。这在声子和MR之间引入了强耦合，这导致了反交叉声子-等离子体激元模式。在这个过程中，我们可以操纵声子的热辐射的偏振和角辐射。这种超颖表面为各种热管理应用提供了一种新的热发射结构。
2017-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph physics.optics
Electromechanical wavelength tuning of double-membrane photonic crystal cavities
提出了一种将光子晶体腔的谐振波长调谐到1.55 μ m附近的方法。通过机电控制两个平行InGaAsP膜之间的分离来实现PCC模式的大调谐。讨论了避免膜间粘连的制备方法。观察到对称/反对称模式的可逆红/蓝位移，这为机电调谐提供了明确的证据，并且在< 6 V的外加偏压下获得了10 nm的最大位移。
2011-04-06 physics.optics
Experimental Realization of a Reflections-Free Compact Delay Line Based on a Photonic Topological Insulator
当介质的电磁特性在单个波长的尺度上变化时，通过非均匀介质传播的电磁（EM）波不可避免地散射。这种基本现象限制了光学结构的设计和相互连接。最近的理论工作表明，统称为光子拓扑绝缘体（PTIs）的电磁结构可以用来克服这一基本限制，从而为超紧凑的光子结构铺平了道路，不再需要波长尺度的平滑。在这里，我们提出了第一个实验演示的光子延迟线的基础上拓扑保护的表面电磁波（TPSWs）之间的两个PTIs，这是电磁对应的量子自旋霍尔拓扑绝缘体在凝聚态物质。与不受益于拓扑保护的传统的引导EM波不同，TPSW被示出为当绕尖锐弯曲的路径绕行时经历多波长无反射时间延迟，从而为紧凑且高效的波缓冲器和其他设备提供了独特的范例。
2016-02-21 physics.optics
Observing and Controlling a Tamm Plasmon at the Interface with a Metasurface
我们实验表明，Tamm等离子体激元在近红外可以支持介电镜与超表面，一个不连续的薄金属膜周期性图案的亚波长尺度上。更重要的是，Tamm等离子体不仅在金属膜的纳米图案化中存活下来，而且它们还对外部扰动变得敏感。特别地，通过在超颖表面的外侧上沉积双折射液晶，我们能够将Tamm等离子体激元的光谱位置红移35 nm，而液晶的电切换使我们能够将这种众所周知的惰性激发的波长调谐在10 nm范围内。
2020-02-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Storage of electromagnetic waves in a metamaterial that mimics electromagnetically induced transparency
我们提出了一种方法，用于动态控制的超材料，模仿电磁感应透明（EIT）通过引入变容二极管操纵的超材料的结构对称性的属性。EIT性质的动态调制使得能够存储和检索电磁波。我们确认了电磁波被存储和释放，同时保持传播方向上的相位分布。
2013-04-17 physics.optics quant-ph
Resolution of sub-wavelength lenses formed by the wire medium
本文采用解析和数值模拟方法研究了最近在[Phys.Rev.B，71，193105（2005）]中提出并在[Phys.Rev.B，73，033108（2006）]中实验测试的由线介质（导电圆柱阵列）形成的传输器件的分辨率限制。它表明，这样的传输设备具有亚波长的分辨率，可以在原则上是由一个特定的应用程序所需的精细通过控制线介质的晶格常数。这证实了线介质的板是微波频率范围内的独特成像装置，并且能够以几乎无限的亚波长分辨率将TM偏振电场的分布传输到实际上任意的距离。
2006-03-21 physics.optics
Controlling phonons and photons at the wavelength-scale: silicon photonics meets silicon phononics
射频通信系统长期以来一直使用支持超声波机械波的体声波和表面声波器件来操纵和感测信号。这些设备大大提高了我们处理微波的能力，通过将它们与数量级更慢和更低损耗的机械场相连接。与此同时，长距离通信一直由低损耗的红外光子主导。随着电信号处理和传输接近由能量耗散施加的物理极限，现在正在积极考虑将光链路用于移动和云技术。因此，存在用于通过可缩放半导体工艺制造的波长尺度机械波或“声子”电路的强驱动器。随着这些电路的出现，结合了电、光和机械元件的新的微米和纳米结构已经出现。在这些器件中，例如光机械波导和谐振器，光学光子和千兆赫声子理想地彼此匹配，因为两者都具有微米量级的波长。因此，声子电路的发展已经成为光信号处理和传感应用以及新兴量子技术的一个充满活力的研究领域。在这篇综述中，我们讨论了支撑这一领域的关键物理和品质因数。我们还总结了纳米级机电系统的最新技术水平，重点关注硅等可扩展平台。最后，我们给出了这些新系统可能带来的前景以及它们在未来几年面临的挑战。特别是，我们认为，在芯片上集成高度相干和紧凑的机械元件的混合电和光机械设备在电光调制、量子微波到光子转换、传感和微波信号处理方面具有显著的未开发潜力。
2018-10-07 physics.app-ph physics.optics
Maximal single-frequency electromagnetic response
现代纳米光子和元光学器件利用大量的结构自由度来增强光-物质相互作用。一个根本问题是，这种增强能有多大。我们开发了一个分析框架，以获得上界的单频电磁响应，在近场和远场制度，任何材料，自然结合的串联效应的材料和辐射引起的损失。我们的框架依赖于一个功率守恒定律的极化场在任何散射体。它统一了以前的光学散射边界理论，并揭示了最佳纳米光子设计的新见解，其应用包括远场散射，近场局域态密度工程，最佳波前整形和完美吸收体的设计。我们的边界预测惊人的大的最小厚度为任意图案化的完美的吸收体，范围从50- 100 nm的典型材料在可见光波长的微米级厚度的极性吸收体在红外波长。我们使用逆设计发现超颖表面结构接近最小厚度的完美吸收体的界限。
2020-11-12 physics.optics
Electromagnetic fields, size, and copy of a single photon
光子几乎涉及到科学的各个领域和每个人的日常生活。然而，对于光子是什么等一些基本的、令人困惑的问题，本文给出了光子电磁场的表达式。在此基础上，我们计算了光子的能量、动量和自旋角动量，导出了光子大小与波长的关系，揭示了光子与其副本的区别。结果表明：本文的表达式较好地描述了光子的粒子特性：光子的长度为波长的一半，半径与波长的平方根成正比;只有当光子的半径小于玻尔半径时，光子才能纠缠处于基态的氢原子;光子和它的副本具有π相位差，构成相位纠缠光子对;相位纠缠的n光子训练由连续的受激发射产生，属于Fock态。激光束是n光子串的系综，属于相干态。激光的阈值功率等于n光子训练的功率。这为光的波动理论和量子光学之间架起了一座桥梁，将进一步推动相关领域的研究和应用。
2018-05-30 physics.optics
Controlling and focusing of in-plane hyperbolic phonon polaritons in α-MoO3 with plasmonic antenna
范德华材料中的双曲声子极化激元（HPhPs）具有将长波电磁场限制到深亚波长尺度的能力。与单轴vdW双曲材料如六方氮化硼（h-BN）形成鲜明对比的是，最近出现的双轴双曲材料如α-MoO 3和α-V2 O 5由于其独特的面内双曲色散，进一步在平坦区控制光方面带来了新的自由度。然而，这种平面内HPhPs的控制和聚焦迄今为止仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出了一个通用的技术发射，控制和聚焦的平面HPhPs在α-MoO 3与几何设计的等离子体天线。利用高分辨率近场光学成像技术，我们直接激发并映射了真实空间中的HPhPs波前。我们发现亚波长操纵和聚焦行为强烈依赖于天线末端的曲率。该策略在宽带光谱区域中有效地操作。这些发现不仅可以为双轴双曲晶体在纳米尺度上对光的操纵提供基本的见解，而且还为平面纳米光子应用开辟了新的机会。
2021-03-31 physics.optics
Controlling Laser Parameters by Electrical Polarization of Solid State Gain Media
激光晶体在外加电场作用下的电极化可以显著改变激光输出参数，如激发波长、光谱带宽、激发截面、发射截面、效率等，这为宽范围控制这些参数提供了新的可能性，扩大了现有激光器的应用范围，创造了新的激光器件。本文以钛宝石晶体为例，计算了外电场对激光固体增益介质的直接影响。结果表明，在20 kV/cm的外电场下，该晶体中的金属配体距离位移可以与先前在实验中测量的150 kbar的机械压力所引起的位移相媲美。这些位移的晶体上的激发和发光性能的后果进行了讨论。
2018-03-27 physics.optics
A metamaterial analog of electromagnetically induced transparency
我们提出了一种新型的电磁平面超材料，表现出很强的分散在当地的最小损耗，被认为是第一个超材料模拟电磁感应透明。我们证明，通过这种超材料传播的脉冲经历相当大的延迟，而沿波传播方向的结构的厚度远小于波长，这允许连续堆叠多个超材料板。这导致正常色散的频带以及传输水平的显著增加。
2008-01-10 physics.optics
Demonstration of a Plasmonic Dimple Lens for Nanoscale Focusing of Light
将电磁能量聚焦到亚波长尺寸已经成为一个日益活跃的研究领域，用于各种应用，例如热辅助磁纪录（HAMR）、纳米光刻以及使用近场扫描光学显微镜（NSOM）技术的生物细胞和单分子的纳米级光学表征。金属-绝缘体-金属（MIM）几何结构中的双面表面等离子体激元已经被示出对于厚度小于10 nm的电介质具有非常小的波长。夹在金属之间的锥形电介质结构可以用于将来自自由空间光子的电磁能量有效地耦合到纳米级的等离子体波长。在本文中，我们提出了一种新的MIM等离子体透镜结构的制造和表征。
2009-06-10 physics.optics
Analytical method for the diffraction of an electromagnetic wave by subwavelength graphene ribbons
石墨烯带阵列由于其在分束器、吸收器和偏振器中的潜在应用而引起了人们的极大兴趣。本文提出了一种分析石墨烯带阵列衍射的解析方法。以前的分析研究中进行的制度，其中带之间的横向分离远小于入射波的波长。因此，它们不能用于计算更高衍射级的反射系数。相比之下，这里提出的方法可以预测石墨烯带阵列的电磁响应，即使当阵列常数大于波长。为了达到我们的研究结果，我们首先推导出一个解析表达式的电流的表面密度的带状物上的入射，横向磁（TM），平面波。其次，得到了零级和更高衍射级反射系数的解析表达式。计算结果与全波模拟结果吻合得很好。该方法为可调谐光栅的设计提供了方便，在太赫兹和光学领域具有广泛的应用前景。
2020-10-31 physics.optics
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
Controlling Thermal Emission by Parity-symmetric Fano Resonance of Optical Absorbers in Metasurfaces
在本研究中，我们设计了一种基于Al/SiN/Al纳米夹层光吸收体的超颖表面。宇称对称暗磁共振模式，反对称亮磁共振模式，和表面晶格模式同时建立在这样的元表面。通过改变结构参数，暗模式的波长可以被调谐为与晶格模式重叠。Fano共振是由暗模和晶格模之间的耦合引入的。角分辨热辐射实验表明，Fano共振引起的热辐射具有窄的光谱波长和定向辐射角。本文提出的风扇型热发射器有可能作为未来的相干红外线光源。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Analytic approach for calculating transmitted electromagnetic fields through a slot array in deep sub-wavelength regime
对于入射平面电磁波通过开槽金属膜的衍射，先前针对单个槽的解析计算[Technical Phys.50，1076（2005）]被推广为针对具有可变槽宽、槽间隔和槽电介质材料的任意线性槽阵列的模型。本文提出的广义模型的优点以及有效性最好的描述，使计算的连续空间分布的电磁场通过反演一个小的离散系数矩阵跨越的槽指数和槽本征模指数的一组线性方程组。与著名的平面波和时域有限差分方法相比，可以避免在波数空间中对前一种情况和在实空间中对后一种情况在每个时间步长中对大矩阵求逆，从而大大加快数值计算。此外，基于部分域方法，这里提出的形式体系可以用于处理复合表面（例如，在槽中具有不同介电材料的开槽金属膜），而分析格林函数方法[J.Opt.A：Pure Appl.Opt.8，S191（2006）]在这种情况下变得难以处理。一些数值结果作为演示这个新的分析模型。
2011-06-20 physics.comp-ph physics.optics
Pump-power-controlled L-band wavelength-tunable mode-locked fiber laser utilizing all polarization maintaining nonlinear polarization rotation
该研究首次提出利用全保偏非线性偏振旋转，通过调节泵浦功率（45-115 mW）实现L波段锁模光纤激光器波长在1568.2-1588.9 nm间调谐，方法非机械、电控且成本低。
2024-02-07 physics.optics
100GHz Integrated All-Optical Switch Enabled by ALD
采用原子层沉积法控制GaAs表面，优化了光子晶体全光开关的载流子寿命。我们展示了一个全光调制能力高达100GHz的电信波长，与高达7dB的对比度。在重复频率为2.5GHz，平均泵浦功率为0.5mW的条件下，实现了波长转换
2015-06-04 physics.optics
An Optomechanical Coin Flip: Wavelength-Modulated, Erbium-Powered Rotations in a Levitated System
Northwestern University（西北大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of Washington（华盛顿大学）
本研究通过调节泵浦光波长，在光学悬浮的掺铒六方柱体中实现二进制旋转控制，并编码ASCII信息，观察到类似季尼别克效应的双模动态。
2026-02-24 physics.optics
Dispersion properties of plasmonic sub-wavelength elliptical wires wrapped with graphene
了解由石墨烯片包裹的椭圆形颗粒支撑的局域表面等离子体（LSP）的色散或频率依赖特性以及当这些椭圆LSP被激发时它们的散射特性的一个基本动机与能够在亚波长尺度下操纵光的等离子体结构的设计有关。由椭圆偏心率施加的各向异性可以用作用于控制等离子体共振的几何工具。与金属的情况不同，在金属的情况下，多极本征模是相互独立的，我们发现，在石墨烯边界上的感应电流耦合多极本征模具有相同的宇称。在长波长极限下，推导出了椭圆偏心率参数与LSP的递推关系式，并给出了最低阶的显式解。在这种近似下，我们得到了各向异性极化率张量元和散射功率的解析表达式时，LSP激发平面波入射。
2021-10-06 physics.optics
Wavelength-dependent photothermal imaging probes nanoscale temperature differences among sub-diffraction coupled plasmonic nanorods
虽然等离子体纳米结构的热和电磁特性已经很好地理解，但纳米温度测量仍然提出了实验和理论挑战。等离子体结构可以将电磁能量限制在纳米级，导致局部的、不均匀的、可控的加热。但是使用光学技术以纳米级的精度读出温度是一个困难的挑战。在这里，我们报告的光学测温的个别金纳米棒三聚体，表现出多种波长依赖性的等离子体激元模式，导致可测量的不同的局部温度分布。具体来说，我们演示了光热显微镜如何编码不同的波长依赖的温度分布的光热图像点扩散函数的不对称性。这些点扩散函数的不对称性解释通过同伴的光热图像的数值模拟，以揭示如何不同的热梯度内的纳米棒三聚体可以通过激发其杂化等离子体模式控制。我们还发现，光学暗的混合等离子体激元模式可以通过我们的聚焦激光束照明几何形状在某些光束位置处激发，从而提供了一种额外的途径来修改宽场照明之外的纳米级热分布。总之，这些研究结果证明了一种全光学测温技术，可以在衍射极限以下的纳米级上主动创建和测量热梯度。
2021-03-15 physics.optics
Extrinsic electromagnetic chirality in all-photodesigned one-dimensional THz metamaterials
我们认为，全光设计的超材料，在半导体上的光激发载流子的亚波长定制图案，可以显示一个奇异的太赫兹（THz）频率范围内的非本征电磁手征。我们考虑一个光致图案表现出一维几何手性，即它的镜像不能叠加到自己的平移没有旋转，在长波长的限制，我们评估其双各向异性响应。光诱导的非本征手性原来是完全可重构的，通过重铸的光学照明，支持光激发的载流子。全光设计技术是实现有效物质功能化的一种可行、简单和有效的方法，结合手性不对称性，它可能成为新一代可重构太赫兹波偏振操纵器件的平台。
2016-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Sub-wavelength microwave electric field imaging using Rydberg atoms inside atomic vapor cells
最近我们利用里德伯原子电磁感应透明原理，证明了蒸气室中的碱金属原子可以作为微波电场强度和极化的高精度标准。在这里，我们表明，第一次，里德伯原子电磁诱导透明可以用来成像微波电场以前所未有的精度。该方法的空间分辨率远达亚波长范围。电场分辨率与我们在先前实验中证明的分辨率相似。我们的实验结果与有限元计算的测试电场图案。
2014-03-14 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Electromagnetic force on a metallic particle in presence of a dielectric surface
通过使用以前建立的计算电磁场的方法，我们计算了光对金属粒子的作用力。这个过程是基于麦克斯韦应力张量和耦合偶极子方法。利用这些工具，我们研究了粒子在平坦介质表面上时的力。充分考虑了粒子与表面之间光的多重相互作用。照射粒子的波是渐逝的还是传播的，取决于是否发生全内反射。我们分析了这种力的行为，无论是一个小的或一个大的粒子的波长。对于倏逝场照明获得的显著结果是，作用在小银颗粒上的力可以是吸引力或排斥力，这取决于波长。这种行为也随着颗粒变大而变化。
2003-05-12 physics.comp-ph physics.optics
Photoinduced Temperature Gradients in Sub-wavelength Plasmonic Structures: The Thermoplasmonics of Nanocones
等离子体结构以其在纳米尺度下有效地将光转化为热的能力而闻名。然而，尽管有可能产生深亚波长电磁热点，但由于热量沿整个金属纳米结构的扩散扩散，极端局部化热热点的形成是研究的公开挑战。在这里，我们通过利用单个金纳米锥来应对这一挑战。我们从理论上展示了这些结构如何在金属内实现极高的温度梯度，导致深亚波长热热点，这是由于它们在共振条件下即使在连续波照明下也能将光集中在顶点。一个三维有限元方法模型，研究电磁场的结构和随后的热等离子体行为，在三维温度分布。我们展示了后者是如何受到纳米锥的大小，形状和周围环境的组成。最后，我们预计使用的光致温度梯度在nanocones的应用，在光流体和热电或热诱导nanofabbits。
2020-05-29 physics.app-ph physics.optics
Exact localization length for s-polarized electromagnetic waves incident at the critical angle on a randomly-stratified dielectric medium
从理论上研究了临界角附近的电磁波入射到随机分层介质中时，安德森局域化与全内反射的相互作用。使用一个精确的解析公式的薛定谔方程与高斯$δ$ -相关的随机势在一维，我们表明，当入射角等于临界角，本地化长度为波长$λ$的入射$s$波是直接成比例的$λ^{4/3}$在整个波长范围内，任何值的无序强度。这一结果与最近的一项研究不同，该研究报道了具有随机厚度变化的二元多层膜系统在临界入射角处的局部化长度与大$λ$区域中的$λ$成比例。我们还讨论了所有其他入射角的本地化长度或隧道衰减长度的特征行为。我们的结果证实了一个独立的数值计算的基础上不变嵌入方法。
2017-10-31 cond-mat.dis-nn physics.optics
Control of the local and nonlocal electromagnetic response in all-dielectric reconfigurable metasurfaces
本研究针对光传播特性动态调控需求，利用非易失性相变材料设计全介质可重构超表面，实现电、磁及电磁耦合的全面调控，可用于光束转向、可切换单向吸收及非局域高效光调控。
2024-06-03 physics.app-ph physics.optics
Engineering Multi-wavelength Emission in All-Fiber Laser Mode-Locked Through Nonlinear Polarization Rotation
IIT Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）
本文提出一种基于非线性极化旋转的可调多波长铒掺光纤激光器，通过控制腔体双折射实现灵活波长选择，支持单至七波长模式锁频，并可实现波长切换与通道激活/抑制。
2026-04-11 physics.app-ph physics.optics
Near-perfect absorption in epsilon-near-zero structures with hyperbolic dispersion
我们研究了极化电磁波与双曲型超材料结构的相互作用，其中面内介电常数分量$ε_x$与法向分量$ε_z$的符号相反。我们发现，当超材料的厚度小于入射波的波长时，双曲超材料可以吸收比传统超材料更高的电磁能量。我们还表明，导致$\Re(ε_z) \approx 0$的波长，近完美的吸收出现，并持续在一定范围的频率和亚波长结构厚度。
2014-03-05 cond-mat.other physics.optics
Controlling single-photon scattering in a rectangular waveguide by a V-type three-level emitter
本文研究了矩形波导中V型三能级辐射体对单模区以外大范围入射光子的散射。利用Lippmann-Schwinger形式，解析地导出了完全透射和完全反射的充要条件。在单模区，通过调节发射极的参数，可以实现电磁感应透明（EIT）引起的完全透射和Fano共振引起的完全反射。但在多模区，除了输入态是相干叠加态外，没有理想反射，光子不可避免地会进入其他传播模式，这是由于发射体介导的波导模式间的间接相互作用。由有限截面引起的光子输运的其他显著特征包括反射共振的蓝移和截止频率效应。
2019-08-16 physics.optics quant-ph
A Robust Multi-Scale Field-Only Formulation of Electromagnetic Scattering
我们提出了一个边界积分公式的电磁散射均匀体，其特征在于线性本构方程在频域中。通过使用电场E和磁场H的笛卡尔分量以及标量函数（r*E）和（r*H），问题被转换为求解一组标量Helmholtz方程，该方程用于由材料边界处的通常电磁边界条件耦合的场分量。这有利于直接解决E和H，而不是在现有的方法与表面电流作为中间量。因此，我们的配方是免费的众所周知的数值不稳定性，发生在零频率或长波长限制在传统的表面积分解的麦克斯韦方程组和我们的数值结果一致收敛到静态的结果在长波长限制。此外，我们使用的标量亥姆霍兹方程，表示为经典的收敛积分，并不需要评估的主值积分或任何知识的立体角的制定。因此，可以容易地使用标准的求积和高阶表面单元来提高数值精度。此外，近场和远场的值可以计算具有相同的精度和多尺度的问题，其中的散射体具有特征的长度尺度，这是大的和小的相对于波长可以很容易地容纳。由此，我们得到的结果是有效的局部表面曲率的波数的任何比率的电磁波在电介质边界的散射和传输。这是一个推广熟悉的菲涅耳公式和斯涅耳定律，有效的平面介质边界，在任意曲率表面的电磁波的散射和传输。
2018-12-17 physics.class-ph physics.comp-ph physics.optics
Controlling dispersion forces between small particles with artificially created random light fields
激光束的适当组合可以用来用“光镊”捕获和操纵小颗粒，以及在颗粒之间诱导显著的“光学结合”力。这些相互作用力通常是强各向异性的，这取决于外部场的干涉景观。这是在对比熟悉的各向同性，几何不变，范德华力，并在一般情况下，Casimir-Lifshitz中性体之间的相互作用所产生的随机电磁波所产生的平衡量子和热涨落。在这里，我们表明，理论和实验，小胶体颗粒之间的色散力也可以诱导和控制使用人工创建的波动光场。利用光镊作为测量仪器，我们提出了实验证据的预测各向同性吸引相互作用的电介质微球诱导的激光产生的，随机光场。这些光诱导的相互作用开辟了一条道路，以可调的强度和范围在胶体系统中的相互作用的控制的几何不变。
2015-01-22 cond-mat.soft physics.optics
Measuring Dirac Cones in a Sub-Wavelength Metamaterial
二维系统在凝聚态物理中的发现引发了人们对它们的光子类似物的研究。在这封信中，我们描述了一个一般的计划，以再现一些系统的局部共振超材料中的紧束缚哈密顿量：通过具体控制的结构和成分，它是可能的工程师的能带结构在意志。我们在微波域的数值和实验证明了这一论断，通过再现的能带结构的石墨烯，这些二维系统中最著名的例子，并通过准确地提取狄拉克锥。这是一个直接的证据，表明选择这些亚波长尺度系统的晶体描述，而不是通常的有效参数描述，使它们成为一个非常方便的桌面平台，以研究固态物理学提供的诱人挑战。
2018-12-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Interaction of terahertz electromagnetic field with metallic grating: Near-field zone
我们已经建立了太赫兹辐射与亚波长金属光栅相互作用的理论。研究了金属光栅下电磁波的近场电场结构。得到了透射波通过光栅时的电场分量和电场能量密度的空间分布。已经检测到强的局部增强的电场的效果。分析了近场区透射波偏振的空间依赖性。
2012-06-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
