Finite Element Analysis of Electromagnetic Waves in Two-Dimensional Transformed Bianisotropic Media
本文用有限元法分析了二维双各向异性介质中波的传播。本文从双各向异性介质中的Maxwell-Tellegen方程出发，导出了纵向电场和磁场分量的耦合偏差分方程组。完美匹配层（PML）进行了讨论，以模拟这样的无界介质。我们在有限元软件中实现了这些偏微分方程和PML。我们应用变换光学，以设计一些有趣的功能，如斗篷，集中器和旋转器的双各向异性介质。我们提出了一种设计的超材料同心层的均匀介质与各向同性介电常数，磁导率和磁电参数，模仿所需的有效的各向异性张量的双各向异性斗篷在长波长限制（均匀化方法）。我们的数值结果表明，著名的异向介质可以换位到双各向异性介质。
2015-12-17 physics.optics
Strongly Resonant Transmission of Electromagnetic Radiation in Periodic Anisotropic Layered Media
利用各向异性材料可以调整周期性层状介质中的电磁色散，并显著改善其谐振特性。具有分裂成两个部分的光子带边缘（或所谓的分裂带边缘）的周期性结构表现出优异的谐振特性，包括透射谐振的异常高的Q值和边界处的几乎完美的阻抗匹配，即使当单位单元的数量N不大时也是如此。在N=12的形状双折射层的周期性叠层中实现了Q~220的微波传输谐振。
2007-09-25 physics.optics
Electromagnetic wave propagation in spatially homogeneous yet smoothly time-varying dielectric media
我们在经典电动力学的框架内，探讨电磁波通过空间均匀但平滑的时间依赖性介质的传播和变换。通过将在有限周期τ内发生的平滑过渡建模为介电常数的唯象现实和S形变化，推导出了麦克斯韦方程组关于电位移的超几何函数的解析精确解。使用这种解决方案，我们显示的可能性，放大和衰减的波，并将其与随时间变化的介电常数的减少和增加。此外，我们证明，这种波和非平稳介质之间的能量交换导致的变换（或转换）的频率。我们的研究结果可能为在时变结构中实现可控的光-物质相互作用铺平道路。
2015-11-18 physics.optics
A class of invisible inhomogeneous media and the control of electromagnetic waves
我们提出了一种通用的方法来任意操纵在二维介质中传播的电磁波，而不引入任何散射。这导致了一整类各向同性的空间变化的介电常数和磁导率分布，其在成形场幅度和/或相位时是不可见的。此外，我们提出了一种超材料结构的工作在红外线，演示了深亚波长控制的电场振幅和强烈的减少的散射。这项工作提供了一种替代策略，以实现各向同性材料的不可见性，并为在纳米尺度上定制光的传播铺平了道路
2016-11-27 physics.optics
Rotation of elliptic optical beam in anisotropic media
研究了傍轴光束在各向异性介质中的线性传输。本文从介质中平面波的本征模解出发，推导出光束沿除光轴外的一般方向传播的波动方程。波动方程中有一项含有由各向异性引起的二阶混合偏导数，这一项会导致束斑的旋转。通过解析求解单轴和双轴介质中初始椭圆高斯光束的波动方程，研究了旋转效应。对于这两种介质，发现存在一个特定的方向，这是依赖于介质的各向异性，在垂直于传播方向的横截面上，以确定束斑的旋转。当输入光束椭圆光斑的长轴与特定方向平行或垂直时，光束光斑在传输过程中不旋转，否则，将以输入光束参数确定的方向和速度旋转。
2010-03-12 physics.gen-ph physics.optics
Electromagnetic signal propagation through lossy media via surface electromagnetic waves
本文建立了任意表面梯度介质中表面电磁波的理论，发现虚部主导的梯度介质中存在新型低损耗表面波解，并展示了从水下通信到紫外纳米光子学的应用。
2024-02-24 physics.class-ph physics.optics
Reflection and refraction of electromagnetic waves at the plane boundary between two chiral media
本文研究了电磁波在各向同性手征媒质中的传播以及两媒质之间平面边界的影响。类比于平面电磁波在普通介质中的反射和折射现象，研究了这些现象的运动学和动力学方面，如各种波分量的强度和波穿过边界时极化的变化。作为一个先决条件，这一点，我们表明，平面波的解决方案必须写为一个适当的叠加的圆形振幅两侧的接口，我们阐明这是适当的一组条件，解决方案必须满足在边界上，我们设置了最小的，完整的，一组方程，必须解决的系数振幅，以满足边界条件。对于某些特定情况和配置（例如，正入射）时，详细分析了这些解的特点，并给出了方程的通解。
2003-02-20 physics.optics
On the electromagnetic properties of active media
证明和讨论了有关有源介质或超材料的一些结果。特别是，我们考虑的介电常数，磁导率，波矢量和折射率，并讨论稳定性，折射，增益和基本的因果关系所造成的限制。
2008-06-16 physics.class-ph physics.optics
First-principles modeling of electromagnetic scattering by discrete and discretely heterogeneous random media
本报告的主要目的是制定的一般理论框架的离散随机介质的电磁散射植根于麦克斯韦-洛伦兹电磁学，并讨论其直接的分析和数值结果。从微观麦克斯韦-洛伦兹方程组，我们跟踪的第一性原理形式主义的发展，使静态和随机变化的多粒子组的单色和准单色散射的精确计算。我们说明了这个通用框架如何与最先进的麦克斯韦方程组计算机求解器相结合，并应用于具有任意堆积密度的代表性随机多粒子群的电磁散射的直接建模。这种第一性原理建模产生了现象学方法无法获得的一般物理见解。我们讨论了如何一阶散射近似，辐射传输理论，和电磁波的弱局部化理论可以推导出直接的推论的麦克斯韦方程组非常具体和定义良好的种类的颗粒介质。这些最新的发展证实了介观起源的辐射转移，弱本地化，和有效介质制度，并帮助评估广泛使用的近似建模方法的数值精度。
2016-05-20 physics.optics
Electromagnetic fields and boundary conditions at the interface of generalized transformation media
本文研究了两种相变介质之间或相变介质与真空之间的界面。严格从变换光学的角度来看，在这样的接口的边界条件的后果是解决在两个不同的方式。首先，我们分析了一类受限制的无反射接口，变换光学的工具允许描述的电磁场的接口两侧的麦克斯韦方程组的相同的真空解决方案。在第二步中，我们研究两个任意变换介质之间的接口。这种分析被推广到作者最近提出的变换光学的推广。作为一个基本的应用程序，它示出了如何在真空和均匀和各向同性的介质与任意和独立的介电常数和磁导率之间的接口的反射和折射的标准法律可以理解在一个完全几何的方式通过使用广义变换光学。
2009-12-14 physics.optics
Coupled-mode theory for electromagnetic pulse propagation in dispersive media undergoing a spatio-temporal perturbation - exact derivation, numerical validation and peculiar wave mixing
本文将电磁波的正则耦合模理论推广到复杂介质中脉冲和时空扰动的情形。与以前的尝试，得出这样的模型，我们的方法不涉及近似，并没有施加任何限制的时空配置文件。此外，充分考虑了模式色散对模式演化和与其他模式耦合的影响。因此，我们的方法可以通过根据需要在扩展中保留尽可能多的项来产生任何所需的精度。它还通过引入解的正确形式避免了先前推导的各种假象。然后，我们提供了什么是，据我们所知，有史以来第一次验证的耦合模方程与精确的数值模拟，并证明了广泛的可能性，使脉冲的时空扰动，包括脉冲缩短或扩大或更复杂的成形。我们的公式是有效的整个电磁波谱，也可以直接应用到其他波系统。
2016-01-18 physics.optics
Supersymmetric behavior of polarized electromagnetic waves in anisotropic media
本文提出，具有特定横向各向异性折射率的介质可使偏振电磁波表现出类似量子力学系统的超对称行为，偏振态互为超对称伙伴，从而为光学检验超对称性提供途径。
2023-05-07 physics.optics
Primordial Media: the shrouded realm of composite materials
该研究揭示了纳米结构复合材料的电磁性质由非局域性主导，打破了组件尺寸减小则趋同于均匀材料的传统认知，提出了原初超材料和非局域有效介质两种新机制，为电磁复合材料设计开辟了新维度。
2025-07-15 physics.optics
Stationary Solutions of the Electromagnetic TE Waves Propagating along a Single Interface between the Two Kerr-Type Nonlinear Media
TE电磁波在自聚焦介质中的传播服从非线性薛定谔方程。本文系统地给出了该方程的定态解。相平面法、定性分析和微分方程的力学解释被广泛应用。众所周知，TE波可以由两个半无限介质之间的单个界面引导，只要其中一个介质具有自聚焦（克尔型）非线性。这种特殊的解称为空间孤子。在本文中，我们的兴趣不限于孤子解。在非线性衬底和包层的背景下，我们已经找到了解决方案，这可能是有用的，也可以描述入射光在非线性介质。这一结果是本文的重点。一些固定的解决方案已经在类似的光学文献中使用，但我们显示了更广泛的解决方案。在最后一节中，我们回顾并举例说明了有关空间孤子解的一些结果。
2002-08-04 physics.optics
Division of the momentum of electromagnetic waves in linear media into electromagnetic and material parts
提出了线性、非色散、非吸收电介质和磁介质中电磁波动量自然一致地划分为材料和电磁部分的方法。物质部分直接使用洛伦兹力定律计算，电磁动量密度具有与真空中相同的形式，而不显式依赖于介质的性质。通过在许多例子中得到正确的动量平衡方程，并通过使用一个gedanken实验表明该划分与爱因斯坦相对论的相容性，验证了处理的一致性。本文还对浸没在线性介质和磁性介质中的反射镜的辐射压强进行了实验预测。
2010-02-04 physics.class-ph physics.gen-ph physics.optics
Division of the Energy and of the Momentum of Electromagnetic Waves in Linear Media into Electromagnetic and Material Parts
我们捍卫一个自然划分的能量密度，能流和电磁波在线性介质中的电磁和材料部分的动量密度。在这种划分中，当用宏观电场和磁场表示时，这些量的电磁部分具有与真空中相同的形式，物质动量直接从作用在介质电荷上的洛伦兹力计算，物质能量是介质电荷的动能和势能的总和，物质能通量是由介质电荷与介质电荷的相互作用产生的。电场与磁化介质。我们提出了合理的模型，线性色散非吸收性电介质和磁介质，同意这种划分。我们还认为，我们的部门的电磁动量可以与电磁相对论动量，灵感来自最近的工作Barnett [物理。104，070401（2010）]，表明亚伯拉罕动量与动能动量相关，闵可夫斯基动量与正则动量相关。
2011-02-02 physics.optics quant-ph
Generalized Helmholtz Decomposition for Modal Analysis of Electromagnetic Problems in Inhomogeneous Media
基于势的广义Lorenz规范表述可以用于非均匀介质中电磁场的量子化。然而，人们经常面临的模式冗余时，发现本征模式从潜在的基础制定。在自由空间中，这可以通过与著名的亥姆霍兹分解的联系来解释。在这项工作中，我们推广了亥姆霍兹分解到它的广义形式，呼应使用广义洛伦兹规范在非均匀介质。利用数值量子化中常用的矢势公式，将电磁场本征值问题公式化。对微分算子的性质进行了数学分析。在连续空间和离散空间中证明了两类模态之间的相似性关系。数值验证了非均匀各向异性介质中两组模式的完备性和正交关系。这项工作作为一个基础，数值量子化的电磁场在非均匀介质与潜在的基础制定。
2023-01-09 physics.comp-ph physics.optics
Scale-dependent heat transport in dissipative media via electromagnetic fluctuations
本文提出基于电磁格林函数和势的电磁波热输运理论，推导出空间非局域热导率张量，并揭示光学稀薄介质及含界面纳米片中的非傅里叶输运现象。
2024-02-20 physics.class-ph physics.optics quant-ph
Electromagnetic Stress Tensor in Ponderable Media
推导出了由介电常数“ε”和磁导率“μ”确定的磁介质中麦克斯韦应力张量的表达式。“推导从洛伦兹定律的广义形式出发，该定律规定了电磁场E和H对有重介质的极化P和磁化M施加的力。我们的应力张量不同于亚伯拉罕和闵可夫斯基的著名张量，后者是围绕透明材料中电磁场动量的百年争议的中心。
2014-02-18 physics.class-ph physics.optics
Zero index electromagnetic materials
在这里，我们重新审视光学中最基本的量之一：折射率。考虑平面内的传播，我们首先发展了一种计算一般双各向异性材料中方向相关折射率的一般形式。由此我们导出了在给定方向上实现零折射率的一般条件。我们表明，当零指数方向是复值的材料支持波，只能在一个意义上传播，例如，在只有一个顺时针方向。我们称这种材料为复杂轴虚无（CAN）介质。我们的条件表明，有一个时间可逆和时间不可逆的均匀电磁介质，支持单向传播的一个特定的极化的无限家庭。我们给出的例子表明，从这样的媒体的散射结果在完全排除的分波的角动量的一个符号，这种媒体之间的接口一般支持单向接口状态。除了给出新的材料参数外，我们的简单条件再现了许多使用拓扑结构得出的结果，例如在回转介质中的单向传播和倏逝波的自旋动量锁定。
2019-09-04 physics.optics
Electromagnetic Formalism of the Propagation and Amplification of Light
在这项工作中，我们提出了一个简化的，但全面的推导所有的关键概念和主要结果，光脉冲在电介质中的传播，包括一个简短的扩展的情况下，有源介质和激光振荡。对慢光和“超发光”的概念进行了澄清，并在附录中详细讨论了变换限制脉冲的概念。
2019-07-15 physics.optics
On Approximate Electromagnetic Cloaking by Transformation Media
本文利用变换光学方法对正则化近似电磁隐身进行了全面的研究。研究了以下几个方面：（i）无源介质和有源/辐射源的近不可见隐身;（ii）无损耗介质衬里的隐身破坏夹杂物的存在;（iii）通过在隐身区域外采用损耗层来克服隐身破坏;（iv）隐身性能的频率依赖性。我们解决这些问题，并连接得到的渐近结果奇异理想的伪装。数值验证和演示提供了显示我们的分析研究的尖锐性。
2010-09-22 math.AP physics.optics
Surface electromagnetic waves at gradual interfaces between lossy media
低损耗传播电磁波存在于两个有耗导电介质之间的渐变界面。这种现象的电磁频率范围可以从UV光学器件跨越到RF范围。特别是，它表明，这样的表面波可以通过海底海水界面引导，它可以用于无线电通信和水下成像。类似的表面波也可以由人体内的各种组织边界引导。例如，这样的表面波解可以存在于6GHz下的颅骨和人脑内的灰质之间的平面界面处。
2021-02-16 physics.class-ph physics.optics
Scalar and vector electromagnetic solitary waves in nonlinear hyperbolic media
该研究针对双曲非线性介质中的电磁波传播问题，通过Hirota双线性方法推导标量和矢量电磁孤波的精确解析形式，发现双曲横向色散可抑制奇异性形成，且孤波具备传统介质中没有的独特传播特性，为双曲非线性超材料的电磁波传播分析提供支撑。
2023-12-17 nlin.PS physics.optics
Numerical simulation of the electromagnetic wave reflection from 2D random semi-infinite strongly scattering media
本文通过结合傅里叶模态法与超胞方法，数值模拟二维随机半无限强散射介质中的电磁波反射，验证了两种方法在求解复杂介质麦克斯韦方程组系综平均解时的收敛性与一致性。
2023-03-29 physics.comp-ph physics.optics
Electromagnetic energy-momentum in dispersive media
介质中电磁能量和电磁动量的标准推导都是从麦克斯韦方程组出发的。众所周知，对于色散介质，这种方法不能直接得到能量和动量密度的精确表达式。虽然麦克斯韦方程组完全描述了电磁场，但场论中守恒量的一般方法不是基于场方程，而是基于作用。在这里，色散，无耗介质中的宏观电磁作用原理被用来导出精确的守恒能量动量张量。当场是单色场时，时间平均能量密度简化为布里渊简单公式。即使对于时间平均的单色场，动量密度也不是由熟悉的闵可夫斯基表达式$\mathbf{D}\times\mathbf{B}$给出的。结果不受光-物质相互作用中动量平衡的争论的影响。
2012-05-14 physics.optics quant-ph
Spatially Dispersive Inhomogeneous Electromagnetic Media with Periodic Structure
空间色散（也称为非本地）的电磁介质被认为是定义介电常数关系的参数周期性变化。麦克斯韦方程组产生对应于Floquet模式的差分方程。计算了一套完整的近似解，当不均匀性很小时，这些近似解是有效的。这适用于不均匀的线介质。当考虑空间色散介质时，出现了一个新的特征，即耦合模的存在。
2015-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph physics.optics
Theory of electromagnetic wave frequency upconversion in dynamic media
电磁波的频率上转换可以发生在具有减小的介电常数的电离等离子体中和具有减小的磁导率的开口环谐振器结构超材料中。我们发展了一个一般性的理论来描述波的频率，振幅，和能量密度在均匀介质中的折射率随时间的推移而减少的演变。我们发现，波频率的上转换必然伴随着分割成低频模式的波能量，这设置了能量转换效率的上限。的效率限制得到了不同的介电常数和不同的磁导率。
2018-08-07 physics.optics physics.plasm-ph
Electromagnetic Effects in Anti-Hermitian Media with Gain and Loss
本文解析研究同时含增益和损耗的反厄米各向同性介质中的波相互作用，揭示激射、倏逝波转换、完全吸收及增强后向散射比等效应，展示其在光学和微波工程中的应用潜力。
2023-08-30 physics.app-ph physics.optics
Polarization and spatial coherence of electromagnetic waves in uncorrelated disordered media
空间场关联函数是描述无序介质中的介观现象和复杂材料光学特性的关键参量。然而，到目前为止，与光波的矢量性质有关的许多方面还没有被研究过。从理论上研究了三维无关联无序介质中偶极源产生的电磁波的偏振和相干特性。利用偏振光的多重散射理论，解析地计算了空间场相关矩阵。这使我们能够提供一个正式的描述的光去偏振过程中的“偏振本征通道”，并推导出解析公式的空间相干性的多重散射光。
2014-01-14 cond-mat.dis-nn physics.optics
Anomalous propagations of electromagnetic waves in anisotropic media with a unique dispersion relation
研究了电磁波在各向同性介质和具有唯一色散关系的各向异性介质界面上的反射和折射行为。我们发现，在这种各向异性介质中，尽管$E$和$H$偏振波的色散关系相同，但$E$偏振波和$H$偏振波的折射角（无论是相还是能流）都是相反的。对于某一偏振波，其波矢和能流的折射行为也有很大的不同。研究发现，在不同的介电常数和磁导率张量符号组合下，波在各向异性介质中表现出不同的传播特性。在特殊的各向异性介质中还发现了一些有趣的传播特性，如两性折射、$E$偏振波和$H$偏振波的斜向全透射以及临界角的反演。这种特殊的各向异性介质可以通过超材料实现，并导致潜在的应用，例如制造比传统的偏振分离器效率更高的偏振分离器。
2006-05-10 physics.gen-ph physics.optics
Radiation pressure and the linear momentum of the electromagnetic field in magnetic media
我们研究的力的电磁辐射的线性，各向同性，均匀介质中指定的电容率ε和磁导率μ。提出了磁化强度M上的电磁洛伦兹力的公式，这里将其视为安培电流回路。使用所提出的公式，我们证明了动量守恒在几种情况下，是经得起严格的分析的基础上，经典的麦克斯韦方程组，洛伦兹定律的力量，和本构关系。我们的分析产生精确的表达式的介质内的电磁和机械动量的密度指定的（μ，μ）参数。这种分析的一个有趣的结果是确定了一种“内禀”机械动量密度ExM/c^2，它类似于电磁（或亚伯拉罕）动量密度ExH/c^2。(Here E和H分别是电场和磁场的大小，c是真空中的光速。）在存在电场E的情况下，与磁化强度M相关的这种固有机械动量显然与W所预测的“隐藏”动量相同。Shockley和R. P. James在近40年前
2014-01-30 physics.class-ph physics.optics
Negative reflections of electromagnetic waves in chiral media
研究了电磁波/光波在各向同性手征介质中的反射特性。当手征参数足够强时，我们证明了在手征介质与理想导电平面的界面处，入射波与反射本征波之一位于边界法线的同一侧，出现了一种不寻常的\emph{negative reflection}.利用这种性质，我们进一步证明了这种导电平面可以用于强手征介质中的聚焦。推导了近轴光学近似下的相关方程。在手征介质的一种特殊情况下，即手征为零时，双反射之一消失，只存在与入射波方向相反的单反射本征波。因此，入射和反射的电场将彼此抵消以产生零总电场。换句话说，任何电磁波进入具有理想导电平面的手征虚区时，都将消失。
2006-10-22 physics.class-ph physics.optics
Analytical Modeling of Electromagnetic Rotation in Nonreciprocal Media
互易性是物理学时间反演对称性的基本原理。然而，许多实际应用需要打破时间反演对称性，因此，被称为非互易。本文旨在讨论时间反演对称性，发展基本的积木，以实现非互易性，导致强大的分析模型来解释电磁旋转通过非互易介质传播。给出了外加偏压下法拉第旋转和克尔旋转的详细数学推导，从而打破了时间反演对称性，导致系统非互易。我们验证了我们提出的模型为传统的条件下，我们计算法拉第和克尔旋转从一篇报道的文章中使用我们提出的数学模型，并观察到良好的协议。
2022-05-07 physics.app-ph physics.optics
Nonstationary electromagnetics of controllably dispersive media
最近的实验已经证明，可以改变介质的色散而不显著改变其吸收或折射率，并且这可以在波传播通过介质时完成。这种可能性为非平稳光学领域开辟了一系列新的潜在实验。我们考虑波通过介质传播的基本动力学，介质的群速度和相速度是位置和时间的函数。我们比较通过两个均匀介质，一个非色散介质与时间相关的相速度，和一个色散介质与时间相关的群速度传播的波的动力学，并显示新的动力学效应伴随着新的动力学。
2010-06-09 physics.optics quant-ph
Modeling of electromagnetic wave propagation and spectra of optical excitations in complex media using 4x4 matrix formalism
利用4 × 4矩阵理论分析了电磁波在双各向异性介质中的传播和反射率、透射率的琼斯矩阵分量。本文导出了双各向异性材料在半无限和薄膜两种结构中的复反射系数和复透射系数的解析公式。所得结果可用于多铁性晶体和超材料的光谱分析。推导了斜入射时各向异性多铁性材料中磁偶极和电偶极混合激发的调整振子强度匹配条件。用Mueller矩阵模拟了磁电和手征激发的谱，并讨论了区分它们的方法。
2011-05-25 cond-mat.str-el physics.optics
Momentum of the Electromagnetic Field in Transparent Dielectric Media
我们提出的论点赞成的命题，即光的动量内的透明电介质是算术平均的闵可夫斯基和亚伯拉罕动量。利用从静止到运动参考系的场（和坐标）的洛伦兹变换，我们证明了两个参考系之间电磁能量和动量的一致变换。我们还研究了静态的动量（即，时间无关的）电磁场，并表明之间存在的紧密联系的坡印廷矢量和动量密度延伸到整个频谱的零频率限制。在本文给出的具体例子中，非吸收介质材料内部的静态场具有闵可夫斯基动量。
2012-07-26 physics.class-ph physics.optics
Propagation of Electromagnetic Waves in Linear Media and Pseudo-Hermiticity
我们表示的电磁场在一个任意的时间无关的非色散介质中传播的运营商，原来是伪厄米特的厄米特的电介质和磁导率张量的Epsilon和Mu。我们利用这个属性来确定传播场。特别是，我们得到了一个明确的表达式，在各向同性介质中的Eppery和Mu沿传播方向变化的平面场。我们还研究了由于局部不均匀性的平面波的散射。
2008-01-04 physics.gen-ph physics.optics quant-ph
Electromagnetic reflection, transmission and energy density at boundaries of nonlocal media
我们考虑一个半无限空间色散介质具有不等的横向和纵向磁化率。边界效应的特征在于传播到表面的材料中的偏振波的任意反射系数。这些系数的具体值对应于麦克斯韦方程的各种附加边界条件（ABC）。我们推导出在边界处的电磁反射和透射系数，并研究它们对材料参数和ABC的依赖性。我们还研究了介质外的电磁零点和热谱能量密度。非局部响应消除了局部模型中存在的光谱能量密度的边界发散。的光谱能量密度显示出很大的依赖于横向和纵向磁化率之间的差异，即使在距离边界高达10 nm。
2017-01-06 physics.optics quant-ph
Electromagnetic Boundary Conditions for Space--time Interfaces
该研究提出适用于电磁介质间任意时空界面的通用电磁边界条件族，涵盖纯空间、纯时间边界条件等特例，利用四维时空解决电磁场跨三维超曲面连接问题，且证明其是符合因果性和线性性的最通用条件。
2025-07-08 physics.class-ph physics.optics
PyLlama: a stable and versatile Python toolkit for the electromagnetic modeling of multilayered anisotropic media
PyLlama是一个方便的Python工具包，用于计算任意多层线性介质的电磁反射和透射特性，包括各向异性的情况。依赖于$4 \times 4$ -矩阵形式主义，PyLlama不仅实现了传输矩阵方法，这是现有代码中最流行的选择，而且还实现了散射矩阵方法，该方法在所有情况下都是数值稳定的（例如，厚的、在掠入射角下的高度双折射的双折射结构）。PyLlama还旨在满足实际需求，允许用户轻松创建，编辑和组装层或多层域。在这篇文章中，我们提出了传输矩阵和散射矩阵方法的电磁理论，并概述了PyLlama的架构和主要功能。最后，我们验证了代码与可用的解析解比较，并通过模拟不同复杂性的介质来证明其多功能性和数值稳定性。详细的文档和教程在单独的用户手册中提供。Pylama的应用范围从光学元件的设计到极性晶体中极化激元效应的建模，再到生活世界中结构有色材料的研究。
2021-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Radiation pressure and the distribution of electromagnetic force in dielectric media (II)
利用时域有限差分法（FDTD）计算了不同形状和光学性质的介质中及其周围的电磁场分布。借助于本构关系，我们继续计算束缚电荷和束缚电流密度，然后采用洛伦兹力定律来确定感兴趣的区域内的力密度的分布。对于几个简单的情况下，存在的解析解，这些解决方案被发现是完全符合我们的数值结果。我们还分析了更复杂系统中的场和力的分布，并讨论了我们的发现与实验观察的相关性。特别是，我们证明了单光束捕获的介质微球浸没在液体中的条件下，是典型的光镊。
2014-01-28 physics.class-ph physics.optics
Approach for describing spatial dynamics of quantum light-matter interaction in dispersive dissipative media
解决纳米结构中电磁场的放大和产生的挑战性问题使得能够在新的实际应用中实现纳米尺度下电磁场的许多特性。第一性原理量子力学考虑这样的问题是充分限制指数大的自由度，并不允许电磁场动力学被描述，如果它涉及大量的相互作用的原子和电磁场的模式。相反，电磁场的经典描述在纳米尺度上是不正确的，因为高水平的量子涨落与高耗散和噪声水平有关。在本文中，我们开发了一个框架，大大减少了自由度，它描述了电磁场与原子相互作用的量子空间动力学。作为例子，我们考虑了金属亚波长槽中原子间的相互作用，证明了自发激发的电磁脉冲以群速度传播。该方法可用于描述任意色散耗散系统中电磁场的非均匀放大和传播。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Edge modes in 2D electromagnetic slab waveguides: analogues of acoustic plasmons
我们分析了平面电磁波由两个完美的电导体形成的平板波导限制。值得注意的是，描述这种波导中的横向电磁模式的2D麦克斯韦方程组精确地映射到流体或气体中的声波方程。我们发现，两个平板波导与相反的符号磁导率之间的接口支持一维边缘模式，类似于表面声学等离子体在接口与相反的符号质量密度。我们分析了这种新型的边缘模式的情况下，各向同性介质和各向异性介质张量渗透率（包括双曲介质）。我们还考虑到“非厄米”的边缘模式与虚频率或/和传播常数。我们的理论预测是可行的光学和微波实验涉及二维超材料。
2020-07-21 physics.class-ph physics.optics
Electromagnetic force and torque in ponderable media
麦克斯韦的宏观方程与洛伦兹力定律的广义形式相结合，是一组完整且一致的方程。这五个方程不仅与狭义相对论完全相容，而且也符合能量、动量和角动量守恒定律。我们证明了与守恒定律的一致性：当一束光进入磁性介质时，入射线（或角）动量的一小部分以由亚伯拉罕动量密度ExH/c^2和电磁场群速度V_g确定的速率注入介质。入射、反射和透射动量的平衡随后在光束的前缘处作为力（或扭矩）传递到介质，光束以速度V_g通过介质传播。我们的分析并不要求“隐藏”动量遵守守恒定律，也不溶解成关于有重介质中电磁动量性质的模糊性。电磁场的线动量和角动量明显与亚伯拉罕动量有关，相位折射率和群折射率（n_p和n_g）在力、力矩和动量密度的表达式中起着明确而明确的作用。
2014-02-18 physics.class-ph physics.optics
The role of symmetrical inhomogeneity in problems of electromagnetic wave propagation
具有对称不均匀性的介质由于当电磁波传播通过这种介质时发生的许多效应而引起了极大的兴趣。一般来说，某种介质的不均匀性意味着介质的折射率不是恒定的，并且具有某种空间依赖性。这些类型的介质被称为梯度折射率（GRIN）介质。GRIN光学描述了与GRIN介质相关的不同光学效应。GRIN光学检查与介质和/或材料的折射率梯度相关的不同现象。在这种材料中传播的电磁波产生许多效应，这些效应被用来制造透镜、光纤和其他器件。对称不均匀性是指介质或材料的不均匀性不是位置的任意函数，而是具有某种对称性的情况。在这篇论文中，我们的主要重点是两种类型的非均匀介质。首先，我们研究光子晶体，这是一种折射率周期性变化的光学结构。另一种类型的不均匀性，即检查，是当介质的折射率是位置的连续函数的情况下。此外，中心焦点是给具有不同的对称性的配置文件。具体来说，我们调查的影响发生在麦克斯韦鱼眼轮廓，具有球对称性，以及一个扩展的对称性，将在第3章和第4章进行深入研究。
2022-08-29 physics.class-ph physics.optics
Energy-Momentum Tensor and Related Experimental Analysis of Electromagnetic Waves in Media
本文发现介质中电磁波的能量-动量张量与流体相似，基于电磁场与介质相互作用项提出守恒的新张量，同时导出 Minkowski 和 Abraham 动量，并自洽解释了多项光压与变形实验。
2023-08-24 physics.class-ph 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
Covariant formulation of electrodynamics in isotropic media
介质中的电磁场方程通常写在介质的静止坐标系中。我们概述了一种方法推广到任意惯性系的讨论。在讨论中，我们还包括介质是光学活性的可能性，在介质中的电磁场的讨论中经常被忽视的可能性。
2020-12-23 physics.class-ph physics.optics
Momentum of an electromagnetic wave in dielectric media
大约一百年前，人们提出了两种不同的表达式来表示介质中电磁波的能量-动量张量。闵可夫斯基的张量预测了波在进入电介质时的线性动量会增加，而亚伯拉罕的张量则预测了它的减少。理论上的论点对双方都有利，实验证明无法区分两者。然而，更多的形式被提出，每一个都有他们的拥护者，他们认为他们提出的形式是唯一真正的张量。本文回顾了这场争论及其最终结论：没有电磁波能量-动量张量是完全的。当适当的伴随能量-动量张量的物质介质也被认为是，所有的各种建议张量的实验预测将永远是相同的，因此，优选的形式是有效的个人选择的问题。
2009-02-22 physics.class-ph physics.optics
Electromagnetic Time Interfaces in Wire Media: Innovations for Subwavelength Imaging
本研究理论分析导线介质到单轴电介质的电磁时间界面，证明其可将深亚波长TEM空间频谱转换为多频率、多方向平面波，从而实现亚波长成像。
2024-12-05 physics.app-ph physics.optics
Statistical regimes of electromagnetic wave propagation in randomly time-varying media
Ajou University（亚洲大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
本文通过不变嵌入方法研究随机时变介质中的电磁波传播，发现初始单向输入呈现三种统计规律，而双向输入为对数正态分布，为时间调制系统提供了统一统计框架。
2025-09-01 cond-mat.dis-nn physics.optics
Electromagnetic Pulse Propagation in Passive Media by the Lanczos Method
将麦克斯韦方程组转化为薛定谔方程形式，结合Lanczos传播法和快速傅里叶伪谱法，提出一种时域无条件稳定、高精度的宽带电磁脉冲在色散吸收介质中传播与散射的数值算法，并通过对金属和介质光栅的异常透射与反射模拟验证了方法。
2004-10-28 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Effective Electromagnetic Wave Properties of Disordered Stealthy Hyperuniform Layered Media Beyond the Quasistatic Regime
本文首次研究了一维无序隐身超均匀层状介质的电磁性质，推导出超越准静态区域的有效动态介电常数张量公式，并据此得到透射率的闭合关系式，理论预测与FDTD模拟高度一致，为无序层状介质的波特性逆向设计提供了新途径。
2023-07-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.app-ph
