Dielectric multilayer waveguides for TE and TM mode matching
本文首次从理论上分析了由线性各向同性介质材料构成的多层波导的TE和TM导模的理想相位匹配。除了对多层系统的色散关系进行严格的研究之外，我们还基于标准的一维均匀化技术对模式匹配现象给出了明确的定性解释，并讨论了所提出的器件方案的最小层数和折射率分布。该方案的直接应用包括偏振不敏感，模间色散自由平面传播，有效的光纤到平面波导耦合，并可能，模式过滤。作为一个自给自足的结果，我们提出了紧凑的解析表达式的模式色散在有限的，N-周期，三层介质超晶格。
2003-07-04 physics.optics
Sub-wavelength diffraction-free imaging with low-loss metal-dielectric multilayers
数值模拟了亚波长尺寸的光束通过金属-介质多层膜构成的简单元件的无衍射传输。所提出的超材料由银和高折射率电介质组成，并使用有效介质理论设计为强各向异性和与空气阻抗匹配。进一步用传输矩阵法进行了表征，并用时域有限差分法进行了研究。通过分析点扩展函数的半高宽随周期数的变化，验证了无衍射的特性。小反射、小衰减和减少的法布里-珀罗共振使其成为一种灵活的无衍射材料，可用于尺寸为一个波长量级的任意形状的光学平面元件。
2010-02-03 physics.optics
Giant optical nonlocality near the Dirac point in metal-dielectric multilayer metamaterials
采用考虑光学非局域效应的传输矩阵方法，通过对三维Ω-k空间中多层金属-介质叠层能带结构的分析，揭示和研究了无损多层金属-介质异向介质在Dirac点附近的巨大光学非局域性.狄拉克点的位置解析地位于ω-k空间中。结果表明，狄拉克点的出现是由于耦合表面等离子体激元的对称和非对称本征模的简并。研究了光学非局域性引起的多层膜叠层相对于有效介质的ε近零频移。此外，通过等频轮廓分析，研究了狄拉克点附近的巨光学非局域性，并证明了狄拉克点处由于光学非局域效应而产生的光束分裂现象.
2013-09-04 physics.optics
Energy considerations for a superlens based on metal/dielectric multilayers
我们研究了Ag/GaP多层膜超透镜的分辨率和吸收损耗。对于固定的源到像距，分辨率与透镜的位置无关，但是损失强烈地取决于透镜的放置。与倏逝波相关联的吸收损耗可以显著大于与传播波相关联的损耗，特别是当超透镜靠近源时。解释的透射率值大于单位的倏逝波澄清相对于相关的吸收损失。
2008-10-17 physics.optics
Experimental Demonstration of Effective Medium Approximation Breakdown in Deeply Subwavelength All-Dielectric Multilayers
我们在实验上证明了全介质深亚波长厚度（$d \simλ/160-λ/30$）多层膜中有效介质近似的反常击穿效应，正如最近理论上预测的那样[H. H. Sheinfux等人，物理修订版信函113，243901（2014）]。多层堆叠体由使用原子层沉积制造的交替的氧化铝和二氧化钛层组成。对于这样的多层膜在全内反射附近的角度入射的光，我们观察到显着的差异，在反射光谱的结构与10 nm与20 nm厚的层，以及与不同的层排序的结构，相反的有效介质近似的预测。反射率差可以达到高达0.5的值，由于所选择的几何配置与用于增强效果的附加谐振器层。我们的研究结果是重要的发展新的高精度多层椭偏方法和计划，以及在广泛的传感应用。
2015-06-26 physics.optics
Extending the Propagation Distance of a Silver Nanowire Plasmonic Waveguide with a Dielectric Multilayer Substrate
化学合成的银纳米线被证明是一种有效的等离子体波导结构，但其高的传输损耗限制了其广泛的应用。在这里，我们证明了沿银NW的等离子体激元的传播距离可以延长，如果银NW放置在含有光子带隙的电介质多层基板上，但不放置在常用的玻璃基板上。在630 nm波长下，即使银纳米线直径为90 nm，其传输距离也可达到16 μ m。实验和模拟结果进一步表明，这种传播的等离子体激元模式的偏振方向几乎平行于介质多层膜的表面，因此它是由沿同一介质多层膜上直径仅为170 nm的聚合物纳米线传播的横向电偏振布洛赫表面波激发的。数值模拟结果与实验结果吻合较好。我们的工作为扩展等离子体波导的传输距离以及光子和等离子体波导在纳米尺度上的集成提供了一个平台。
2017-11-01 physics.optics
Optical computation of the divergence of a vector field using a metal-dielectric multilayer
本文提出利用金属-介质多层结构在光斜入射反射中实现二维矢量场散度的光学计算，并扩展至梯度、各向同性微分及拉普拉斯算子，数值模拟验证了高精度。
2025-05-27 physics.optics
Fourier Optics approach to imaging with sub-wavelength resolution through metal-dielectric multilayers
用于亚波长分辨率成像的金属-电介质叠层被视为线性等晕系统-傅立叶光学和标量衍射理论中流行的概念。在本文中，分层平面透镜是以点扩散函数为特征的一维空间滤波器。然而，取决于源的模型，具有亚波长分辨率的多层膜的点扩散函数的定义可以用几种方式来公式化。这里，在软源和硬电或磁源之间进行区分。这些定义中的每一个都导致了完美成像的不同含义。结果表明，对于亚波长分辨率的多层膜，PSF的一些简单解释，如PSF的宽度与成像系统分辨率的关系是不明确的。在具有亚波长尺寸PSF的分层系统的点扩散函数工程中必须观察到这些差异。
2010-06-18 physics.optics
Nonlocality in metallo-dielectric multilayers: numerical tools and physical analysis
我们提供了理论和数值工具来定量研究金属中的自由电子引起的非局域性对金属-介质多层膜光学性质的影响。虽然非局域性的影响通常很小，但对于非常薄（通常低于10 nm）的金属层来说，它们仍然很重要，因为它们用于具有相对平坦的色散曲线的结构中。这种结构包括那些具有负折射率的材料、双曲超材料和折射率接近于零的材料。我们发现，在所有情况下，包括通过应用的流体动力学模型的电子响应的非局部效应导致更高的传输通过所考虑的介质。最后，我们研究了激发的间隙等离子体共振，非局域性发挥了更大的作用，并提出了可能的路线进行实验研究。
2014-10-18 physics.optics
Compound surface-plasmon-polariton waves guided by a thin metal layer sandwiched between a homogeneous isotropic dielectric material and a periodically multilayered isotropic dielectric material
固定频率的多个p-和s-偏振复合表面等离子体激元（SPP）波可以由夹在均匀各向同性电介质（HID）材料和周期性多层各向同性电介质（PMLID）材料之间的金属层组成的结构引导。对于任何厚度的金属层，必须存在至少一个复合SPP波。它具有p-极化状态，当金属厚度大时，它强烈地结合到金属/HID界面，但当金属厚度小时，它强烈地结合到金属/电介质界面。当金属层消失时，该复合SPP波转变为Tamm波。取决于金属层的厚度、HID材料的相对介电常数以及PMLID材料的周期和成分，存在额外的复合SPP波。其中一些是p极化的，另一些是s极化的。它们在相速、衰减率和场分布上都不同，尽管它们都可以在相同的频率下激发。当金属层薄时，复合SPP波的数量对HID材料的相对介电常数的多重性和依赖性对于光学感测应用可能是有用的。
2015-06-29 physics.optics
Broad Angle Negative Refraction in Lossless all Dielectric Multilayer Asymmetric Anisotropic Metamaterial
在这篇文章中，它已经从理论上证明了宽角负折射是可能的，与非对称各向异性的超材料构造仅由无损耗或无损耗的半导体在电信和相对波长范围。自然界的单轴材料虽然可以呈现负折射，但最大负折射角和临界入射角的范围很窄。我们提出的结构可以克服这个值得注意的问题。在我们的结构中，负折射源于高度非对称的椭圆等频。这是由旋转的多层亚波长电介质/半导体堆叠人工产生的，它充当有效的非对称各向异性超材料。这种负折射是在不使用任何负介电常数材料（如金属）的情况下实现的。由于我们使用的是简单的超材料，因此这种结构的制造将比金属基超材料的制造简单。我们提出的想法已经得到了验证，也通过考虑有效介质方法和现实结构模型的全波模拟。这种器件在光子学和光电子学中有重要的应用。
2015-05-26 physics.optics
Multiscale analysis of subwavelength imaging with metal-dielectric multilayers
用分层超透镜成像是以点扩散函数（PSF）为特征的空间滤波操作。我们表明，在同一个光学系统中，一个窄的亚波长高斯入射场的图像可能是令人惊讶的不同的PSF，和PSF的宽度是不是一个简单的措施的分辨率。FWHM或标准dev.的PSF给出关于实际分辨率的模糊信息，并且小于PSF的FWHM的对象的成像是可能的。成像的多尺度分析提供了很好的洞察到特有的尺度依赖的亚波长成像的属性。
2010-01-26 physics.optics
Tunable anisotropic perfect absorption in hyperbolic metamaterials based on black phosphorous/dielectric multilayer structures
黑磷（BP）是一种具有优异光学性能的二维材料，是多层双曲型超材料的理想组成部分。在这项工作中，我们设计了一个多层结构，由BP/电介质层堆叠的单位细胞图案上的金镜，并从理论上证明了可调谐的各向异性吸收在红外制度。相邻晶胞之间的电偶极共振驱动该结构处于临界耦合状态，并且该结构的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，显示出对于一个偏振方向的完美吸收，而对于另一个偏振方向的阻抗失配导致在相同波长处仅为8.2 $\%$吸收。该结构的各向异性吸收响应可以归因于BP的固有各向异性，其表现出对入射角的依赖性很小。此外，我们研究了电子掺杂的BP和几何参数的建议结构的可调谐光吸收。这些结果表明BP在构建多层双曲型超材料方面具有巨大的潜力，并为设计在红外区域具有可调谐光谱和偏振选择性的各向异性元器件开辟了途径。
2019-11-04 physics.optics
Second harmonic generation from metallo-dielectric multilayer photonic band gap structures
本文从理论和实验上研究了磁控溅射沉积的Ag和Ta_2O_5金属-介质多层膜结构的二阶非线性光学响应。二次谐波产生的测量进行反射模式作为入射角的函数，使用飞秒脉冲源自钛：蓝宝石激光系统调谐在800 nm。产生的信号的依赖性作为泵浦强度和偏振状态的函数进行了研究。我们的实验结果表明，从一个周期性的金属介电样品的转换效率可以提高至少一个因素的30相对于从一个单一的金属层的转换效率，部分由于增加的数量的活性表面，泵浦场的本地化和金属层内的渗透。转换效率最大值从单个银层的70度向下移动到堆叠的大约55度。在非线性洛伦兹力项的作用下，实验结果与基于耦合Maxwell-Drude振子的计算结果符合得很好。
2008-01-04 physics.optics
Group delay of electromagnetic pulses through multilayer dielectric mirrors beyond special relativity
本文研究了光脉冲通过多层介质镜（MDM）与引力波（GW）耦合后的群延迟。我们发现对于透射波包，延迟随MDM长度线性增加，而哈特曼效应消失。我们的研究提供了深入了解量子隧穿和GW的性质。
2012-11-27 gr-qc physics.optics
Global optimization of multilayer dielectric coatings for precision measurements
本文通过设定代价函数并采用全局优化器，实现了满足光谱反射率、热噪声、吸收及制造误差容差要求的多层介质膜系优化设计，用于精密激光干涉测量。
2023-12-12 astro-ph.IM physics.optics
The impact of nonlocal response on metallo-dielectric multilayers and optical patch antennas
我们分析了非局域性对金属介质多层膜和光学贴片天线的波导模式的影响，后者由金属平面上方紧密间隔的金属条形成。我们的模型与金属的传导电子，以及以前被忽视的绑定电子的响应的非局部效应。我们表明，金属-电介质-金属波导的基模，有时被称为间隙等离子体激元，是非常敏感的非局域性时，绝缘，电介质层薄于5 nm。我们建议，光学贴片天线，它可以很容易地制造与控制的电介质间隔层，并可以使用远场散射询问，可以使测量金属中的非局域性具有良好的精度。
2012-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Harnessing superdirectivity in dielectric spherical multilayer antennas
小尺寸、窄带和高方向性天线在无线通信、遥感、拉曼光谱和单光子发射增强等各种应用中至关重要。令人惊讶的是，我们表明，经典的方向性限制可以明显超过电小多层球形天线的点电偶极子激发，即使限制自己纯电介质材料。实验上可行的超定向天线的设计建立了一个严格的解析解相结合的随机优化算法。
2021-10-28 physics.app-ph physics.optics
High-Q supercavity modes in subwavelength dielectric resonators
纳米光学物理的最新进展与纳米光子学的一个新分支的发展有关，该分支探索了具有高折射率的介电纳米颗粒中的强Mie共振。高折射率共振介电纳米结构形成具有低损耗和先进功能的新型光子元器件的构建块。然而，与广泛研究的光子晶体中的腔不同，这种介质谐振器表现出低的品质因数（Q因子）。在这里，我们揭示了一种新的机制，实现巨大的Q因子的亚波长纳米谐振器通过实现制度的束缚态的连续。我们揭示了强模式耦合和Fano共振在高折射率介电有限长度的纳米棒导致在纳米尺度上的高Q因子。因此，高折射率介电谐振器代表了纳米光子超腔的最简单的例子，大大扩展了全介电谐振纳米光子学和超光学的应用范围。
2017-06-07 physics.optics
Nanoscale design of the local density of optical states
我们提出了一种设计概念，用于定制的局部光学态密度（LDOS）的介电纳米结构，基于点状发射器诱导的散射光场的相位分布。首先，我们证明了LDOS可以表示在建设性和破坏性的贡献的一致的总和。通过使用迭代方法，可以设计介电纳米结构以有效地去除破坏性项。以这种方式，电偶极子的低LDOS为特征的介电米氏谐振器可以被重新整形，以实现三个数量级的增强。为了证明该方法的通用性，我们还设计了纳米腔，提高了辐射功率的圆形偶极子，四极和任意收集的相干偶极子。我们的概念提供了一个强大的工具，高性能的介质谐振器，并提供了基本的见解光物质耦合在纳米尺度。
2019-03-08 physics.optics
From surface to volume plasmons in hyperbolic metamaterials: General existence conditions for bulk high-k waves in metal-dielectric and graphene-dielectric multilayers
我们从理论上研究了亚波长周期多层结构中宽带体大波矢（高k）传播波（如双曲型超材料中的体等离子体激元）的一般存在条件。描述的反射系数的广义共振极点的结构的单位细胞中的基本激发，并使用布洛赫定理，我们推导出解析表达式的大波矢传播解决方案的频带。我们应用我们的形式主义，以确定在两个重要的情况下存在的高k带：众所周知的金属电介质，最近推出的石墨烯电介质堆栈。我们证实，在薄金属层中的短程表面等离子体可以引起双曲超材料特性，并证明长程表面等离子体不能。我们还表明，石墨烯介电多层膜倾向于支持高k波，并探讨了这是可能的参数范围，证实了使用石墨烯的双曲色散材料的前景。该方法适用于各种各样的结构，如连续或结构化的微波，太赫兹（THz）和光学超材料。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dielectric Mie Voids: Confining Light in Air
在纳米尺度上操纵光已经成为元器件、谐振表面、纳米级光学传感器等的核心挑战，并且它在很大程度上基于色散和有损耗金属和金属中的谐振光限制。在这里，我们实验性地实现了一种新的介电纳米光子学策略：空气中光的共振亚波长限制。我们证明了在高折射率介电基质材料中产生的空隙支持具有特殊光学特性的局部共振模式。由于在空气中的限制，模式不会遭受电介质主介质的损耗和色散。我们通过实验实现这些共振米氏空隙聚焦离子束铣削到散装硅片和实验证明共振光限制到紫外光谱范围在265 nm（4.68 eV）。此外，我们利用明亮，强烈和自然的颜色进行纳米级彩色印刷。共振介电Mie空隙与介电纳米颗粒的组合将使超颖表面和其他微米和纳米级光学元件的未来设计的参数空间增加一倍以上，并将其操作推向蓝色和UV光谱范围。特别是，这种扩展将使新的天线和结构设计，受益于充分访问模式场内的空隙，以及几乎自由选择的高折射率材料。
2022-05-16 physics.optics
Ring-Like Solitons in Plasmonic Fiber Waveguide Composed of Metal-Dielectric Multilayers
我们设计了一种由纳米尺度同轴圆柱形金属-介质多层膜组成的等离子体光纤波导（PFW），并建立了相应的动力学方程，描述了介质层中克尔非线性的PFW中的传播模式。该物理过程与离散的矩阵非线性薛定谔方程相联系，在自散焦条件下，发现了可见光和近红外线的亚波长尺度的高限制环形孤子.此外，由于PFW的圆柱对称性，当增加输入光的强度时，可以进一步改善限制，这意味着环的宽度和半径都减小。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Probing topological edge states in multilayer dielectric photonic nanostructures
Research School of Physics, Australian National University（澳大利亚国立大学物理研究学院）；Institute of Photonics and Quantum Sciences, Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学光子与量子科学研究所）
该研究针对多层介质光子纳米结构，基于Su-Schrieffer-Heeger模型设计不同边缘截断，实验证实拓扑边缘态的存在，并展示其在表面传感与表面增强非线性光学中的应用潜力。
2026-10-14 physics.optics
Electromagnetic cloaking of cylindrical objects by multilayer or uniform dielectric claddings
我们表明，介电，甚至完全导电的圆柱体可以通过均匀或分层的电介质包覆，而不需要任何外来的或磁性材料的参数。特别是，我们首先提出了一个简单的分析概念，可以准确地描述在可见光谱中的锥形银盘获得的隐身效果。模型结构最初在[S. A. Tretyakov，P. Alitalo，O.卢科宁角R. Simovski，Phys. Rev. Lett. Vol.103，p.103905，2009]，其中仅数值地研究了其在光学频率中作为斗篷的操作。我们严格地模拟这种配置作为一个多层介质覆盖周围的隐形物体，与实际设备的模拟结果非常吻合。使用均匀或多层介质覆盖的概念，相对介电常数大于1，然后成功地扩展到不可穿透的对象，如导电圆柱体的隐身。
2012-01-13 physics.class-ph physics.optics
Nanoscale polarization manipulation and encryption based on dielectric metasurfaces
操纵光的偏振对于从超分辨率、光学捕获到粒子加速的各种应用都是非常需要的。超颖表面设计中的巨大自由度激发了在可重构和紧凑的光学系统中实现偏振控制。然而，大多数基于超颖表面提出的策略已经被证明只有一个空间均匀的偏振产生，而较少的注意力被投入到空间变化的非均匀矢量光束。在这里，我们展示了一种新的方法，用于产生任意的径向和方位角的偏振光束的高效率高达80%，通过利用透射型介电超颖表面。偏振转换元表面是实现偏振加密的合适候选者，我们通过将隐藏图像编码到空间偏振分布中来证明这一点。此外，我们表明，图像模式可以通过适当的偏振选择的透射光进行修改。这种方法可以为诸如成像、加密和防伪的各种应用提供实用技术。
2019-03-25 physics.optics
Highly Amplified Light Transmission in Parity-Time Symmetric Multilayered Structure
我们提出了一种奇偶时间对称的介质-纳米膜-介质多层结构，可以促进在红外光谱中的光功率的高度放大的传输。我们已经从理论上研究了我们的模型使用的传输矩阵形式主义。计算了S矩阵的反射系数和透射系数。FDTD数值模拟验证了理论分析的正确性。我们已经展示了层的厚度和有源层的增益/损耗系数如何在S矩阵中产生光谱奇异性，以及如何利用这些奇异性来实现单个波长通过结构的放大传输。
2018-01-03 physics.optics
Plasmonic waveguides with hyperbolic multilayer cladding
具有各向异性光学色散的工程等离子体超材料使我们能够定制基于超材料的波导的特性。我们研究了具有双曲色散的介质芯和多层金属-介质包层的等离子体波导。不使用任何均匀化，我们计算的谐振本征模的有限宽度的包层，并发现协议的包层波导的色散的谐振功能。我们表明，在谐振宽度，波导的传播模式耦合到包层本征模，因此，被强烈吸收。通过在实际波导的设计中避免谐振宽度，可以消除强吸收。
2014-11-14 physics.optics
ENZ materials and Anisotropy: Enhancing Nonlinear Optical Interactions at the Nanoscale in Metal/Conducting-Oxide Multilayer Stacks
ε-近零材料是研究纳米尺度电动力学和非线性光学过程的特殊候选材料。我们证明，通过交替的金属和高掺杂的导电氧化物，ε-近零制度可以访问导致各向异性，复合纳米结构，显着增强非线性相互作用。使用两个独立的和不同的计算技术，我们表明，该结构可以提高近两个数量级的局部场强，在很大程度上是由于发病的有效各向异性。使用微观流体动力学方法对多层纳米结构的研究也揭示了两种竞争性贡献的作用，这两种贡献在很大程度上被忽视，但可以显着改变结构的线性和非线性响应：非局域效应，使产生的共振蓝移，和热电子非线性，其随着自由电子的有效质量作为入射功率密度的函数增加而使等离子体频率红移。最后，我们表明，即使在没有二阶体非线性，二阶非线性过程也显着增强的层状结构。
2020-07-16 physics.app-ph physics.optics
Vectorial spatial differentiation of optical beams with metal-dielectric multilayers enabled by spin Hall effect of light and resonant reflection zero
本文提出基于金属-介质-金属多层结构，利用光学共振与光自旋霍尔效应实现三维光束的矢量空间微分，可同时计算两个空间坐标的偏导数，数值模拟证实了其高质量各向同性矢量微分性能。
2024-07-23 physics.optics
All-dielectric optical nanoantennas (Review)
我们提出了一种新型的高效八木宇田纳米天线，并介绍了一种新的概念，基于硅纳米粒子的超定向纳米天线。除了电响应，这种硅纳米天线在纳米尺度上表现出非常强的磁共振。这两种类型的纳米天线的分析，数值和实验研究。对于超方向性纳米天线，我们还预测了在纳米尺度上的波束转向的效果，其特征在于，波束辐射方向对源位置的亚波长灵敏度。
2014-11-11 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
Approach to tune near- and far-field properties of hybrid dimer nanoantennas via laser melting at the nanoscale
非对称金属-电介质纳米结构表现出优异的光学性质，其近场的强增强和可控的散射特性的组合，这源于等离子体和高折射率的电介质组分。在这里，受到最近的实验工作的启发[Dmitry~Zuev，\textit{et al.}，Adv. Mater. \textbf{28}，3087（2016）]关于通过纳米级的飞秒激光熔化制造不对称混合纳米颗粒的新技术，我们提出并数值研究了一种新型的混合二聚体纳米天线。纳米天线由非对称金属-电介质（Au/Si）纳米颗粒组成，可以通过激光熔化金属部件来调节近场和远场特性。我们展示了修改后的散射特性，近电场分布，归一化的局域态密度，和功率模式的辐射的纳米天线激光整形。用于调查这些影响的参数对应于实验证明的值在最近的工作。
2016-07-31 physics.optics
High-Q dielectric Mie-resonant nanostructures (a mini-review)
支撑高性能光通信、超快计算和紧凑型生物传感的未来技术将依赖于基于纳米光子学的密集可重构光学电路。多年来，等离子体被认为是纳米光学的唯一可用平台，但最近出现的米氏共振超光子学的新领域，通过在高折射率介电纳米粒子和结构中使用共振，为纳米光学提供了更实用的替代方案。在这篇迷你评论中，我们强调了一些最新的趋势，在物理学的介电米氏共振纳米结构具有高品质因数（Q因子）的有效的空间和时间控制光，采用多极共振和束缚态的连续。我们讨论了这些概念在非线性光学、纳米激光器、亚波长波导和传感方面的一些应用。
2020-10-21 physics.optics
Plasmon resonances in multilayer Fanoshells
我们开发了一个理论框架，基于多极，准静态的方法，预测局部表面等离子体共振在Fanoshells形成通过几何破缺在多层纳米壳组成的金属核，电介质内壳，和金属外壳。通过调整金-硅-金多层纳米壳的核和壳偏移，我们表明，理论模型与电动力学模拟吻合得很好。当芯和外壳同时偏移时，偶极共振被更多地抑制，而当芯、内壳或外壳偏移时，偶极共振被较少地抑制。我们将前者归因于双破缺引起的耦合常数，而将后者归因于单破缺引起的耦合常数。使用三个性能参数，我们提出了外壳偏移作为传感应用的最佳Fanoshell。本研究系统地研究了所有类型的偏移为基础的，破碎的，金属-电介质-金属多层纳米壳层内的瑞利政权。
2022-01-10 physics.optics
Conditions for achieving invisibility of hyperbolic multilayered nanotubes
高度各向异性的等离子体纳米管在从双曲线色散到椭圆色散的过渡区域中表现出散射截面的急剧下降。一个现实的多层超材料的表征通常是通过一个有效的介质方法提供的介电常数张量和波场的平均分量。在这里，深入分析了不同组合的金属-电介质分层纳米管的边缘效应。我们展示了如何边界层，这在原则上保持完全无关的有效介电常数的纳米管的估计，然而，在共振散射光谱和近场图案中发挥了关键作用。当选择电介质层与腔芯接触时，在感兴趣的频率处意外地经历了散射波场的显著增强。
2016-07-01 physics.optics
Rigorous numerical study of strong microwave photon-magnon coupling in all-dielectric magnetic multilayers
我们从理论上证明了一个强大的局部增强的平面内微波磁场的强度在多层结构由磁绝缘钇铁石榴石（YIG）层夹在两个非磁性层与高介电常数匹配的YIG。预测的增强的激励制度时，微波磁场内的多层膜感应的带状线宽带铁磁共振（BFMR）设置的换能器。通过严格的数值解的Landau-Lifshitz-Gilbert方程一致的麦克斯韦方程组，我们调查的磁化动力学多层。我们揭示了一个强大的光子-磁振子耦合，这表现为反交叉的铁磁共振（FMR）磁振子模式支持的YIG层和电磁共振模式支持的整个多层结构。磁振子模式的频率取决于外部静态磁场，在我们的情况下，该磁场在垂直于由BFMR装置的带状线引起的微波磁场的方向上切向地施加到多层膜。电磁模式的频率与静态磁场无关。因此，预测的光子-磁振子耦合对所施加的磁场敏感，并且因此可以用于基于由于YIG层而可同时实现的负介电常数和磁导率的磁可调谐超材料中。我们还认为，预测的光子-磁振子耦合可能会在微波量子信息系统中找到应用。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall 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
Surface plasmon-mediated nanoscale localization of laser-driven sub-THz spin dynamics in magnetic dielectrics
利用飞秒激光脉冲实现自旋的超快全光控制是光子学和磁学交叉点的研究热点之一，直接影响着未来的磁纪录。揭示光辅助记录机制，以增加位密度超过衍射极限，而不过度加热的记录介质是一个开放的挑战。在这里，我们表明，在混合金属-电介质结构中的表面等离子体激元极化激元可以提供反法拉第效应的空间限制，介导的激发本地相干自旋旋进0.41太赫兹频率。我们证明了两个数量级的增强的激发效率在表面等离子体共振内的100 nm层的介电石榴石。我们的发现拓宽了超快自旋等离子体的视野，并打开了通往纳米尺度非热光磁纪录的途径。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Constraints on transmission, dispersion, and density of states in dielectric multilayers and stepwise potential barriers with arbitrary layer arrangement
研究了非隧穿区光学多层膜和一维阶梯势垒的正入射透射和色散特性。多层膜结构中各组成层的光路以及阶梯势垒的每一步的参数都受到广义四分之一波长条件的约束。对结构几何形状没有其他限制，即，这些层可以任意排列。我们表明，态密度（DOS）谱的多层或障碍的问题受到积分守恒规则类似的Barnett-Loudon求和规则，但发生在一个有限的频率或能量区间。在光学情况下，这些频率间隔是规则的。对于势垒，只有非周期性的能量间隔可以存在于任何给定结构的光谱中，并且只有当组成势阶的参数被适当地选择时。用解析方法导出的积分守恒关系也得到了数值验证。该关系可用于色散工程多层基器件，例如，超短脉冲压缩器或超紧凑光学延迟线，以及设计多量子阱电子异质结构与工程DOS。
2008-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
All-Dielectric Photo-thermo-optical Metasurfaces for Thermal Landscaping at the Nanoscale
本文提出一种基于热光非晶硅纳米谐振器的全介质超表面逆向热设计框架，通过预计算吸收光谱库实现纳米尺度温度场调控，并预测光热催化反应速率提升超30%。
2025-10-17 physics.app-ph physics.optics
All-Dielectric Optical Nanoantennas
我们详细研究了一种新型的高介电常数低损耗电介质颗粒制成的光学纳米天线。除了电共振之外，介电颗粒在纳米尺度下表现出非常强的磁共振，这可以在八木宇田几何中用于创建高效的光学纳米天线。通过比较等离子体和电介质纳米天线，我们证明了全电介质纳米天线可以表现出更好的辐射效率，也允许更紧凑的设计。
2012-06-25 physics.optics
Dispersion Properties of Multilayered Metal-Dieletric Metamaterials
研究了不同层厚比的层状金属介质的色散特性。通过绘制色散图和等熵线，我们发现强非局域性是这种周期结构的固有特性。我们引入不同程度的损失和分析复杂的模式的超材料证明它的工作在一个政权与无限多的本征模式，与非局部性略有损失的影响。
2012-10-10 physics.optics
Gold Nanoparticles for Plasmonic Biosensing: The Role of Metal Crystallinity and Nanoscale Roughness
贵金属纳米粒子由于局部表面等离子体激元的激发而显示出特定的光学性质，这使得它们成为高灵敏度生物纳米传感器的有吸引力的候选者。潜在的物理原理是分析物诱导的纳米颗粒周围介质的介电性质的改变或通过共振增强的等离子体激元场增加光学活性分析物的激发和发射速率。无论哪种方式，除了纳米颗粒的几何形状外，金属的介电性质和纳米级表面粗糙度对传感性能起着重要作用。然而，由于基本原理尚未得到很好的理解，我们的目标是在这里通过分析光刻制造的纳米粒子的光学特性，不同的结晶度和粗糙度参数的一个更好的理解。我们通过热退火改变这些参数，并应用薄金膜作为模型系统来检索介电函数的修改。我们调查，一方面，消光光谱，反映了远场性质的等离子体激元激发，另一方面，表面增强拉曼光谱，作为近场探针。我们的研究结果提供了更好的洞察局部表面等离子体及其在生物纳米传感中的应用。
2011-11-03 physics.optics
Optical Field Enhancement in Nanoscale Slot Waveguides of Hyperbolic Metamaterials
提出并论证了双曲型超材料纳米缝隙波导实现大的光场增强。通过数值计算和解析方法分析了双曲型超材料中空气缝隙内增强电场与波导模式耦合和介电常数张量的关系。超材料缝隙波导中的光强度可以比常规硅缝隙波导中的光强度强25倍以上，这是由于双曲超材料中支持的双折射率所实现的紧密光模式限制。用实际的金属-介质多层波导结构验证了电场增强效应。
2012-04-19 physics.optics
Fabrication of Hybrid Nanostructures via Nanoscale Laser-Induced Reshaping for Advanced Light Manipulation
基于金属-介电纳米结构的混合纳米光子学结合了等离子体和全介电纳米光子学的优点，提供了强的光定位、磁光响应和专门设计的散射特性。在这里，我们展示了一种新的方法，通过飞秒激光熔化的非对称金属-电介质（Au-Si）纳米粒子的光刻方法创建的有序混合纳米结构的制造。该方法允许混合纳米颗粒的金属组分的选择性重塑，而不影响介电组分。我们应用开发的方法在可见光范围内的混合纳米结构的散射特性的调谐。实验结果得到了分子动力学模拟和麦克斯韦方程组数值解的支持。
2016-01-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlinear and Ultrafast All-Dielectric Metasurfaces at the Center for Integrated Nanotechnologies
超表面通过在表面上布置的纳米级谐振器阵列来控制光学波前。当与具有强光学非线性的III-V族半导体结合时，可以在纳米尺度上实现和增强各种非线性效应，例如谐波产生和全光调制。这篇综述介绍了我们在集成纳米技术中心（CINT）制造的超快和非线性半导体超颖表面中的工程和增强非线性效应的研究。我们涵盖了我们最近的工作，通过直接和级联过程中的GaAs超颖表面使用米氏光学共振或连续介质保护的束缚态的参数产生谐波光，然后描述了最近的进展，谐波产生耦合到III-V族半导体异质结的子带间跃迁的全介质超颖表面。该评论的结论是超颖表面作为芯片上量子光产生的下一个平台的潜力。
2022-05-26 physics.optics
Designing a low-loss high reflectivity mirror for gravitational waves detectors by combining a dielectric metasurface and a multilayer stack
Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, Institut Fresnel（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、中央理工学院马赛分校、费斯尼尔研究所）；Laboratoire des Matériaux Avancés—IP2I, Université de Lyon, CNRS/IN2P3（先进材料实验室—IP2I、里昂大学、法国国家科学研究中心/法国国家核子和粒子物理研究所）
本文提出结合超材料和多层堆叠的新型镜面设计，以降低热噪声并提高反射率，通过减少层的数量和优化材料，显著降低热噪声性能。
2026-07-29 astro-ph.IM physics.optics
Nanoscale Graphene Electro-Optic Modulators
对石墨烯的研究揭示了其独特的光学性质，包括与光的强耦合，高速操作和门可变光学电导率，这些都有望满足未来电光（EO）调制器的需求。特别是，最近的工作展示了一种基于石墨烯带间吸收的宽带电光调制器，其总长度仅为40μm。然而，与片上电子元件的尺寸相比，它仍然是笨重的。片上光学互连需要纳米尺度的EO调制。实现纳米石墨烯电光调制的关键是基于新型波导和平台大大增强光与石墨烯的相互作用。在此，我们提出了我们最近的探索石墨烯电光调制器的基础上，石墨烯夹在介电或等离子体波导。在适当的栅电压下，石墨烯的介电常数可以通过带内电子跃迁的作用被调节到很小，从而形成“石墨烯-缝隙波导”，极大地增强了吸收模式。基于小信号分析，在800 nm长的硅波导或120 nm长的等离子体波导内可以实现高达3dB的调制深度。它们具有纳米尺寸、小插入损耗、低功耗和潜在的高速性能等优点，并且与CMOS兼容。
2011-12-30 physics.optics
All-dielectric thermonanophotonics
纳米光子学是现代光学的一个重要分支，主要研究纳米尺度下光与物质的相互作用。纳米颗粒在光照射下可以表现出增强的光吸收，并且它们成为可以精确控制和操纵的纳米级热源。对于金属纳米颗粒，已经在$\textit{thermoplasmonics}$的框架中研究了这种效应，该框架类似于等离子体本身，具有许多限制。最近出现的$\textit{all-dielectric resonant nanophotonics}$与光致电磁Mie共振有关，并且该领域在过去十年中发展非常迅速。因此，热等离子体被$\textit{all-dielectric thermonanophotonics}$取代，具有许多重要的应用，如光热癌症治疗、药物和基因递送、纳米化学和光热成像。本文旨在介绍这一新领域的非等离子体纳米光子学和讨论相关的热诱导过程在纳米尺度。
2021-04-05 physics.app-ph physics.optics
Tuning of Hybrid Oligomers via Nanoscale fs-Laser Reshaping
金属或介电纳米颗粒的各种簇可以表现出源自不同光谱宽度的至少两种模式干涉的尖锐Fano共振。然而，对于诸如生物传感或非线性纳米光子学的实际应用，通常需要对Fano共振进行微调。在这里，我们提出并证明了一种新型的混合低聚物组成的不对称金属-电介质（Au/Si）纳米粒子与尖锐的Fano共振在可见光范围内，它具有主要的磁性起源。我们证明，数值和实验，这样的混合纳米粒子低聚物允许微调的Fano共振通过飞秒激光诱导的Au纳米粒子在纳米尺度上的熔化。我们表明，Fano共振波长可以改变飞秒激光整形非常精确（15 nm内），伴随着其配置文件的重新配置。
2016-12-12 physics.optics
Strong optical force acting on a dipolar particle over a multilayer substrate
作用在纳米尺寸颗粒上的光学力通常太小而不能用于颗粒操纵。我们从理论上和数值上证明了一种机制，可以显着提高通过一种特殊类型的共振粒子基板耦合作用在一个小颗粒上的光学力。这种共振是由于在金属-电介质-金属多层衬底中粒子的有效极化率的奇异行为引起的。我们表明，这种现象是密切相关的存在的平带等离子体模式支持的多层基板。
2015-11-20 physics.optics
Generation and Enhancement of Persistent Nanoscale Magnetization in All-Dielectric Metasurfaces by Optically Injected and Localized Free Carriers
School of Applied and Engineering Physics, Cornell University（康奈尔大学应用工程物理学院）
研究通过光注入和局域自由载流子生成和增强所有电介质超材料中持久的纳米尺度磁化，利用分析方法和电磁模拟实现时间界面，产生大范围的静态磁场。
2026-04-22 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Gain assisted nanocomposite multilayers with near zero permittivity modulus at visible frequencies
我们已经制造了一个分层的纳米复合材料，通过交替金属和增益介质层，增益电介质组成的聚合物纳入光泵浦染料分子。利用有效介质理论的改进版本，我们已经选择了层厚度，以在规定的可见光波长处实现介电常数的实部的非常小的值（平行于层平面）。从光泵样品的标准反射-透射实验中，我们表明，在可见光波长处，介电常数的实部和虚部都达到非常小的值，并且我们测量了|ε_|λ = 604 nm时，= 0.04，相当于最小值降低21.5%| ε_|在没有光泵浦的情况下。因此，我们的调查证明，介质的介电常数与非常小的模量，一个关键的条件，应该提供有效的亚波长光转向，实际上可以合成。
2011-05-27 physics.optics
