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有限尺寸全介质超表面在磁偶极共振处的品质因数评估
摘要： 近期，实现高Q值超表面谐振引发了广泛关注。本文研究了由有限数量平行或垂直于超表面取向的磁偶极子构成的超表面，并推导出其谐振Q值的解析公式。这些条件可通过介电立方谐振器在磁偶极共振频率下制成的有限尺寸超表面实验实现。结果表明：由平行（于超表面）磁偶极子构成的有限超表面会产生Q值较低且与谐振器数量无关的谐振；更重要的是，由垂直（于超表面）磁偶极子构成的有限超表面能产生高Q值谐振，其Q值最终取决于构成超表面的谐振器数量。特别地，通过调控偶极矩阵列的谐振器极化率分布，可进一步提升超表面谐振的Q值。这些成果为获得目标Q值提供了设计准则，适用于任意谐振器几何结构，可用于开发光电探测器、调制器和传感器等新型器件。
关键词： 偶极近似、米氏共振、磁偶极共振、有限尺寸超表面、高品质因数
更新于2025-09-23 15:22:29
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矩形波导中两个全同原子的并发：单激发线性近似
摘要： 波导电动力学已受到广泛关注，但具有横截面的波导却鲜少被研究。我们研究了两个与矩形横截面波导中受限的导模库相互作用的两能级系统（TLSs）。当相同TLSs的能量间隔远离横向模式的截止频率时，在TLSs单激发初始条件下得到了延迟微分方程。我们精确求解了TLSs与波导单横向模式或双横向模式相互作用的延迟微分方程，揭示了TLSs间光子多重再发射与再吸收的延迟特性，并考察了TLSs间距对其纠缠度时间演化的影响。
关键词： 偶极近似，纠缠，一维波导，两个两能级原子，旋转波近似，并发度
更新于2025-09-16 10:30:52
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激光物理学（激光及其与物质相互作用的物理基础） || 10. 半经典光-物质相互作用
摘要： 当光子数量足够大时，电磁场仍可通过经典场强来描述。将电荷置于经典电磁场中的量子力学描述称为半经典理论。在半经典理论框架下，可以处理原子对光的吸收和受激发射。因此，光与物质相互作用的半经典描述构成了激光理论的重要基础。文中引入了电荷在经典电磁场中的薛定谔方程，其与电磁场的相互作用在偶极近似下可通过长度规范或速度规范来描述。此外，转换至振荡加速参考系（即克拉默斯-亨尼格参考系）往往具有优势。对于时变场中的电子，沃尔科夫态构成了状态空间中的一组完备基。
关键词： 光-物质相互作用、Volkov态、Kramers-Henneberger体系、偶极近似、薛定谔方程、半经典理论
更新于2025-09-11 14:15:04
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光学场诱导的电子电荷密度与电流密度的规范不变性及起源无关性
摘要： 通过含时量子力学微扰理论获得单色平面波在分子中诱导的一阶极化电荷密度ρ(1)和电流密度J(1)的表达式后，我们研究了其在被动与主动平移下规范不变性及坐标系独立性的问题。研究条件表明：在（长波长）偶极近似范围内，仅需考虑这些密度的电学贡献即可合理解释现象学特征。在更高一级的四极近似中，假设磁场和电场梯度在分子尺度上均匀分布时，我们考量了ρ(1)和J(1)的相应贡献。研究发现总密度与原点无关，而电场与磁场的单独贡献不具备不变性。通过基于坐标系原点连续平移的方法，可以定义一个本身具有原点独立性的J(1)磁学贡献分量。
关键词： 含时微扰理论、起源无关性、四极近似、电流密度、光学场、规范不变性、偶极近似、电子电荷密度
更新于2025-09-09 09:28:46
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任意介质中的共振能量转移：超越点偶极近似
摘要： 在这项工作中，我们对任意非均匀色散介质中超越偶极近似的给体/受体共振能量转移（RET）进行了全面的理论和计算研究。该理论方法将粒子（分子或纳米颗粒）间RET的F?rster理论扩展到给体和/或受体的高阶多极跃迁在能量转移过程中起重要作用的情况。在我们的新公式中，能量转移矩阵元由完全量子电动力学表达式确定，但其评估仅需经典电动力学计算。通过时域电动力学方法（TED），矩阵元评估涉及由给体产生并在受体位置处计算的电场和磁场，包括与给体的跃迁电偶极子、电四极子和磁偶极子相关的场，以及受体对电场和磁场以及电场梯度的响应。作为新公式优势的例证，我们以真空中的512原子硫化铅（PbS）量子点作为给体/受体，以及具有设计跃迁多极的球形纳米颗粒（玩具模型）测试了我们的方法。这包括对多极之间干涉对能量转移速率影响的分析。结果表明，与传统F?rster偶极理论存在重要偏差，这些偏差即使在真空中也很重要，但与等离子体纳米颗粒的相互作用可能会放大这些偏差。
关键词： 多极跃迁、共振能量转移、等离子体纳米粒子、量子电动力学、偶极近似、RET
更新于2025-09-04 15:30:14