Uniaxial dielectric mediums with hyperbolic dispersion relations
传统单轴介质的色散关系可以根据介质是非耗散的还是耗散的而分别被表征为椭圆的或类椭圆的。然而，在某些本构参数制度下，色散关系可以是双曲线或双曲线状。研究了平面波在双曲/类双曲单轴介质中的传播。对于消逝和nonevanescent传播，相速度被发现是积极的相对于时间平均的坡印廷矢量。提出了双曲型单轴介质作为均匀化复合介质的概念。
2005-06-07 physics.optics
Reversible and irreversible processes in dispersive/dissipative optical media: Electro-magnetic free energy and heat production
我们解决了Landau和Lifshitz在1958年提出的问题，以及Oughstun和Sherman在纯耗散介质中确定动力学损耗的问题。我们发展的宏观自由能和损失的能量是可逆的和不可逆的，分别在介质场相互作用的具体概念。我们定义了可逆和不可逆的能量，并概述了所述量的推导。我们研究的含义，我们的定义和它的辅助量，反转场，单洛伦兹振子模型的介质。我们表明，对于这个模型的可逆能量减少到动能和势能的总和，发现劳登。我们注意到，一般来说，动能和势能之和大于可逆能。我们表明，可逆和不可逆的能量具有经典定义的自由能和热量的特点。
2002-07-31 physics.gen-ph physics.optics
Fluorescence in nonlocal dissipative periodic structures
我们提出了一种描述嵌入分层周期结构中的光学活性材料的荧光的方法。基于一个精确的电磁格林张量分析，我们确定了发射器的辐射特性，如局部光子态密度，兰姆位移，线宽等的有限或无限序列的薄交替等离子体和电介质层。在有效介质的限制，这些系统可能会表现出双曲线色散关系，使所有成分和过程的大波矢特性成为相关的。这些因素包括层的有限厚度、组成金属的非局部性质以及与发射器的介电环境相关的局部场校正。特别是，我们表明，相应的效果是非加性的，并导致相当大的修改的发射体的发光特性。
2015-02-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Theory of Optical Transmission Through a Near-Field Probe With a Dissipative Matter in its Core
我们开发了一个理论的光传输通过孔径型近场光学探针与耗散物质在其半导体核心描述了一个复杂的频率相关的介电函数。我们评估了大锥角金属化硅探针在可见光和近红外波段的近场透射系数。它示出，在此光谱范围内，使用短硅探针，而不是玻璃允许实现强（高达10 $^2-10^{3}$）的传输效率的增强。
2003-12-08 physics.optics
Resonances in dissipative optomechanics with nanoparticles: Sorting, speed rectification and transverse cooling
电介质粒子与激光驱动的光腔之间的相互作用产生了保守动力学和耗散动力学，可以用来悬浮、捕获和冷却纳米粒子。我们分析和数值研究的双模设置中，沿腔轴的光势取消，使所产生的动力学几乎是纯粹的耗散。对于激光驱动器的适当失谐，这种耗散的光机械动力学可以用于根据颗粒的尺寸对颗粒进行分类，以矫正它们的速度并增强横向冷却。
2013-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Chiral-stress-energy-momentum tensor for covariant description of spin and torque densities of light
本文利用手性应力-能量-动量张量对材料中光的螺旋度、自旋和扭矩密度进行协变描述，并通过模拟四分之一波片中的高斯光脉冲验证该框架。
2024-03-15 physics.optics
Dynamically controllable, homogeneous, anisotropic metamaterials with simultaneous attenuation and amplification
经典电磁理论允许在特定频率下既不完全耗散也不完全活跃的各向异性均匀超材料。完善的均匀化形式主义表明，这种超材料可以很简单地实现为至少两种不同的各向同性介电材料的电小（可能是纳米级）球状颗粒的随机混合物，其中一种必须是耗散的，但另一种是有源的。这种超材料的介电性能受组成材料的体积分数、空间分布、颗粒形状和尺寸以及相对介电系数的影响。具有更复杂的线性和非线性本构特性的类似超材料是可能的。例如通过受激拉曼散射对活性组分材料的动态控制提供了对超材料的动态控制。
2015-10-30 physics.optics
Generalized Transformation Optics of Linear Materials
我们继续发展的一个明显的4维，完全协变的，线性介电材料中的变换光学方法开始在以前的文件。这种方法，它概括了普列班斯基的方法，是系统地适用于所有的转换和所有一般的线性材料。重要的是，它使有用的应用，如任意相对运动，从任意非真空初始介电介质的转换，和任意时空。这种方法被证明为一个产生的材料，以均匀的线速度移动。这种协变方法的逆问题，推广戈登的“光学度规”。
2011-04-14 math-ph math.MP physics.optics
Low-loss Plasmonic Dielectric Nanoresonators
金属中的材料损失是等离子体激元学在许多应用中的中心瓶颈。在这里，我们提出并从理论上证明，金属损耗可以成功地减轻与金属薄膜上的介电颗粒，引起混合电介质-金属谐振。在远场，它们产生强大而有效的散射，甚至超过了全金属和全电介质结构的理论极限。在近场中，它们提供高Purcell因子（${>}5000$）、高量子效率（${>}90\%$）以及在可见光和红外波长的高度定向发射。它们的品质因数可以很容易地从类等离子体（${\sim}10$）调整到类介电体（${\sim}10^3$），对与光子、等离子体和耗散通道的单独共振耦合具有广泛的控制。与传统的等离子体纳米结构相比，这种共振显示出对有害的非局部效应的鲁棒性，并在极端的纳米尺寸和间距下提供更高的场增强。这些混合共振使等离子体具有高效率，这是该领域成立以来的主要目标。
2016-12-29 physics.optics
Canonical quantization of the electromagnetic field interacting with a moving dielectric
在线性、色散和耗散介质中，电磁场是正则量子化的，介质是匀速运动的。具体地说，我们计算了耦合物质场系统的简正模的变化，并找到了一个包含负能量简正模的哈密顿量。我们将这些模式解释为量子摩擦等现象的起源，并发现一个探测器最初在其基态，并耦合到附近的电磁场，或在一个均匀移动的介质具有非零概率的激发在T= 0 K。
2012-07-24 physics.optics quant-ph
Hybrid Nanophotonics
等离子体激元学领域的进展，即基于金属纳米结构的光学性质的纳米光子学，为开发超灵敏生物传感器和其工作原理基于纳米尺度电磁场定位的其他设备铺平了道路。然而，金属纳米结构的高耗散损耗限制了它们在许多现代领域的性能，包括超表面、超材料和光学互连，这需要开发将它们与高折射率介电纳米颗粒相结合的新器件。从实际应用的角度来看，金属-电介质（杂化）纳米结构显示出许多优越的性质，包括适度的耗散损耗、共振光磁响应、强的非线性光学性质，使该领域的发展成为现代光科学的前沿。本文综述了混合金属-电介质纳米天线和基于它们的纳米结构的理论和实验研究现状，能够选择性地散射光波，放大和传输光信号，控制这些信号的传播，并产生光学谐波。
2018-01-16 physics.app-ph physics.optics
Covariant kinematics of light in media and a generalized Raychaudhuri equation
人们对采用广义相对论的各种工具和思想用于光学应用和研究光通过自然或工程介质的传播一直很感兴趣。在这里，推导出光在弯曲时空中通过任意电介质传播的协变运动学，从而可以分析和跟踪光通过介质的全等性，这些介质可以在真空、正折射和负折射之间平滑地变化;或者相对于背景度量为零、类时和类空。然后，运动学被用来推广Raychaudhuri方程--广义相对论中描述同余焦点的重要工具。这些结果将有助于分析光学器件，特别是那些使用变换光学设计，并作为理论工具，研究广义概念的广义相对论。
2017-11-12 gr-qc physics.optics
Apodized photonic crystals: A non-dissipative system hosting multiple exceptional points
本文提出全介电非耗散切趾光子晶体（1D-APC），通过最优切趾实现多个奇异点，区分PT对称与破缺区域，并推导几何相位与拓扑保护Tamm模式激发条件。
2023-01-10 physics.optics
Quantum-statistical approach to electromagnetic wave propagation and dissipation inside dielectric media and nanophotonic and plasmonic waveguides
量子统计效应发生在电磁（EM）波在电介质或超材料内的传播期间，所述电介质或超材料包括具有耗散和噪声的一大类纳米光子和等离子体波导。利用线性介质中薛定谔方程和麦克斯韦方程组之间的形式类比，我们严格推导出描述这种传播的有效哈密顿算子。该算子在一般情况下基本上是非厄米的，在某些特殊情况下是伪厄米的。使用一般的非厄米哈密顿密度算子的方法，我们推导出一个主方程，描述的统计合奏的电磁波模式。该方法还描述了在波的传播过程中发生的量子耗散和退相干过程，并且，除其他外，它揭示了控制上述材料内部的能量和信息损失所必需的条件。
2016-09-15 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
Dynamics of particles trapped by dissipative solitons
能够最终控制其3D运动的纳米颗粒的光学机械操纵是当今光学、生物学、医学、微流体等之间最需要的联系之一，为从药物输送到活细胞，再到纳米纤维的新方法等众多新兴应用铺平了道路。在这封信中，我们提供了一种新型的光学操纵驱动的非线性效应和铺设之间的经典光学力学和非线性光学的接口。从理论上研究了光耗散孤立波与纳米介质相互作用的形成、稳定性和动力学性质。建立了描述光场和粒子相互作用的数学模型，得到了局域光波与纳米粒子相互作用的定态解，并研究了其分岔现象。结果表明，孤立波的线性稳定性受到粒子的影响，但在参数空间中存在孤立波保持稳定的区域。研究了在非均匀泵浦作用下含纳米粒子的孤立波的动力学行为。
2019-09-02 nlin.PS physics.optics
All-dielectric Metaphotonics for Advanced THz Control of Spins
本文提出全介质超表面实现对铁石榴石薄膜中自旋的三维太赫兹控制，通过基底结构化产生面外磁场，推动自旋电子学、磁子学和量子计算中的高速低损耗自旋操控。
2025-04-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Time-dependent theory of optical electro- and magnetostriction
电致伸缩，即介电材料在电场作用下的变形，一直是光学领域的研究热点。Hakim和Higham [Proc.Phys.Soc.80，190（1962）]对稳定场的经典实验支持与Astrath等人[Light Sci. 11，103（2022）]中描述。在这项工作中，我们研究了这种差异的起源，通过开发一个时间依赖的协变理论的光子材料中的光力密度。当光脉冲在体介质中传播时，场生力密度由两部分组成：（1）光波动量力密度携带光的波动量，驱动光的协变耦合场-物质态的质量密度波向前传播。(ii)光致伸缩力密度由电场和磁场能量密度的原子密度依赖性产生。它代表了一个光学洛伦兹力定律为基础的概括的电和磁致伸缩力密度众所周知的静态电磁场，并来自虚功原理。由于光致伸缩力密度所做的功不等于材料收缩过程中场能量密度的变化，因此必须用与光致伸缩相关的耗散项来描述这种差异，以满足能量守恒。详细的物理模型的耗散是留给进一步的工作。光致伸缩力密度可以理解为材料内部的场致对相互作用。由于相关的作用和反作用效应，这种力密度不能对光场的净动量传递做出贡献。我们还利用该理论模拟了高斯光脉冲通过介质材料的传播。
2023-02-28 physics.optics
Dissipative Quantum Electromagnetics
耗散量子电磁学作为场-物质-浴耦合问题被全面地介绍。首先，用一组洛伦兹振荡器来描述物质。然后将麦克斯韦自由场耦合到洛伦兹振子来描述频散介质。经典的哈密顿量推导出这样一个耦合系统，使用洛伦兹规范和解耦的标量和矢量位公式。经典的运动方程可以从哈密顿量中使用哈密顿方程导出。然后通过在变量与其共轭对之间引入量子化子，将哈密顿量与所有相关变量量子化。量子运动方程可以由量子哈密顿方程导出。可以证明，这样的量子化方案保留了所引入的量子化子。然后引入一个由简谐振子组成的噪声池，并将其耦合到由洛伦兹振子组成的物质中引起量子损失。在这样的过程中自然地产生朗之万源，并且结果与涨落耗散定理和Welsch群的量子化过程是一致的。本方法的优点是不需要对哈密顿量进行对角化就可以得到量子运动方程。最后，我们将量子化方案应用于连续介质柱上的二能级极化原子的自发发射模型。
2018-11-19 physics.optics quant-ph
Nanoantenna-Microcavity Hybrids with Highly Cooperative Plasmonic-Photonic Coupling
纳米天线通过将光能集中到远低于衍射极限的程度来提供对光的最终空间控制，而它们的品质因数（Q）受到大的辐射和耗散损耗的限制。另一方面，介电微腔能够通过延长的光子存储时间产生高Q因子，但具有衍射限制的光学模式体积。在这里，我们桥接两个世界，通过研究一个示例性的混合系统集成等离子体金纳米棒作为纳米天线与谐振介电光子晶体（PC）板作为低损耗微腔，更重要的是，通过协同结合它们的优势，产生更强的局部场增强比单独的实体。为了实现两种极性相反类型的纳米光子谐振元件之间的这种协同作用，我们表明，协调纳米天线的耗散损耗和低损耗腔的Q因子是至关重要的。与使用法布里-珀罗谐振器的天线-腔耦合方法相比，该方法已被证明成功地用于天线的局部场强度的谐振放大，我们从理论和实验上表明，耦合到适度Q PC引导谐振可以产生至少一个数量级的更大放大。协同纳米天线-微腔混合策略为进一步增强纳米级光-物质相互作用开辟了新的机会，从而使许多领域受益，例如非线性光学、纳米激光器、等离子体激元热载流子技术以及表面增强拉曼和红外吸收光谱。
2018-11-15 physics.optics
