×

亚波长环形间隙中电磁散射共振和场增强的数学理论。 (英语) Zbl 1526.35044号

小结:这项工作提出了一个数学理论,用于研究嵌入金属板中的亚波长环形孔中的电磁散射共振,环形孔的宽度为(h\ll 1)。该模型在许多三维亚波长孔结构中具有代表性,这些孔结构能够诱导电磁波的共振散射和所谓的超常光传输。基于外部区域积分方程和微孔内波导模式扩展的组合,我们为潜在散射问题开发了一个多尺度框架。孔上电磁场的匹配导致一系列解耦的无限系统,这些系统用于建立散射问题的共振条件。通过对无限系统和共振条件进行严格分析,我们刻画了复平面上有界区域中的所有共振。结果表明,谐振与环形孔中的横向电波(TE)和横向电磁波(TEM)波导模式有关,它们与虚部阶数为(mathcal{O}(h))的实轴接近。我们还研究了存在入射波时的共振散射。证明了在与环形孔中TE模相关的谐振频率处,电磁场以(mathcal{O}(1/h))级放大。另一方面,与TEM模式相关的一个特定共振不能被平面波激发,但可以用近场电偶极子源激发,从而导致场的阶数增强。

理学硕士:

35B34型 PDE背景下的共振
35Q61问题 麦克斯韦方程组

软件:

DLMF公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Ammari,H.、Fitzpatrick,B.、Kang,H.,Ruiz,M.、Yu,S.和Zhang,H.《光子和语音中的数学和计算方法》,AMS,普罗维登斯,RI,2018年·Zbl 1420.78001号
[2] Ammari,H.、Millien,P.、Ruiz,M.和Zhang,H.,等离子纳米颗粒的数学分析:标量情况,Arch。定额。机械。分析。,224(2017),第597-658页·Zbl 1375.35515号
[3] Ammari,H.、Ruiz,M.、Yu,S.和Zhang,H.,纳米颗粒等离子共振的数学分析:完整的麦克斯韦方程,《微分方程》,261(2016),第3615-3669页·Zbl 1342.35444号
[4] Ammari,H.和Zhang,H.,使用亚波长亥姆霍兹谐振器系统的超分辨率数学理论,Commun。数学。物理。,337(2015),第379-428页·Zbl 1327.35080号
[5] Babadjian,J.-F.、Bonnetier,E.和Triki,F.,《相互作用的亚波长腔引起的电磁场增强》,多尺度模型。模拟。,8(2010),第1383-1418页,doi:10.1137/100787659·Zbl 1208.78012号
[6] Baida,F.和Van Labeke,D.,《金属薄膜中亚波长环形孔径阵列的光传输》,光学版。社区。,209(2002),第17-22页。
[7] Baida,F.、Van Labeke,D.、Granet,G.、Moreau,A.和Belkhir,A.,《通过二维金属环形孔径阵列的超增强光传输的起源:光子带研究》,应用。物理学。B、 79(2004),第1-8页。
[8] Blanchard-Dionne,A.-P.和Meunier,M.,《周期性纳米孔阵列传感》,高级光学。《光子学》,9(2017),第891-940页。
[9] Bonnetier,E.和Triki,F.,受亚波长矩形腔扰动的理想导电平面衍射的格林函数渐近,数学。方法应用。科学。,33(2010),第772-798页·Zbl 1193.78007号
[10] Cetin,A.、Etezadi,D.、Galarreta,B.、Busson,M.、Eksioglu,Y.和Altug,H.,用于高灵敏度无标签生物传感的强健混合基底上的等离子体纳米孔阵列,ACS Photonics,2(2015),第1167-1174页。
[11] Colton,D.和Kress,R.,《逆声电磁散射理论》,第三版,施普林格出版社,纽约,2013年·Zbl 1266.35121号
[12] Conway,J.T.和Cohl,H.S.,三维亥姆霍兹-格林函数圆柱坐标系下的精确傅里叶展开,Z.Angew。数学。物理。,61(2010),第425-443页·Zbl 1200.35057号
[13] Dautray,R.和Lions,J.-L.,《科学技术的数学分析和数值方法:第3卷》。光谱理论与应用,Springer-Verlag,柏林,1990年·Zbl 0766.47001号
[14] Dyatlov,S.和Zworski,M.,《散射共振数学理论》,AMS,普罗维登斯,RI,2019年·Zbl 1454.58001号
[15] Ebbesen,T.W.、Lezec,H.J.、Ghaemi,H.F.、Thio,T.和Wolff,P.A.,《通过亚波长孔阵列的非凡光传输》,《自然》,391(1998),第667-669页。
[16] Fatima,M.和Lin,J.,三维亚波长空穴的散射共振,偏微分方程应用。,2(2021年),第1-25页·Zbl 1480.35097号
[17] Garcia-Vida,F.J.、Martin-Moreno,L.、Ebbesen,T.W.和Kuipers,L.K.,《通过亚波长光阑的光》,修订版。物理。,82(2010),第729-787页。
[18] Gasper,G.,贝塞尔函数的正积分,SIAM J.Math。分析。,6(1975),第868-881页,doi:10.1137/0506076·兹伯利0313.33013
[19] Haftel,M.I.、Schlockermann,C.和Blumberg,G.,《同轴纳米孔增强传输:圆柱形表面等离子体的作用》,Phys。B版,74(2006),235405。
[20] Holley,J.R.和Schnitzer,O.,《通过窄缝的特殊传输》,《波动》,91(2019),102381·Zbl 1524.35161号
[21] Hu,Z.,Lin,J.,Lu,Y.Y.,and Oh,S.-H.,用于模拟环形纳米间隙中超常太赫兹场增强的快速垂直模展开方法,J.Optim。Soc.Amer公司。B、 35(2018),第30-38页。
[22] Huang,F.,Kao,T.,Fedotov,V.,Chen,Y.,and Zheludev,N.,作为透镜的纳米孔阵列,Nano Lett。,8(2008),第2469-2472页。
[23] Joly,P.和Tordeux,S.,薄缝介质中时间谐波近似模型的渐近分析,ESAIM Math。模型。数字。分析。,40(2006年),第63-97页·Zbl 1220.35174号
[24] Joly,P.和Tordeux,S.,薄缝介质中波传播的渐近展开匹配:渐近展开,多尺度模型。模拟。,5(2006),第304-336页,doi:10.1137/05064494X·Zbl 1132.35347号
[25] Joly,P.和Tordeux,S.,《薄缝介质中波传播的渐近展开匹配II:误差估计》,ESAIM数学。模型。数字。分析。,42(2008),第193-221页·Zbl 1132.35348号
[26] Kirsch,A.和Hettlich,F.,《时间谐波麦克斯韦方程的数学理论》,Springer,Cham,2015年·Zbl 1342.35004号
[27] Kuttler,J.R.和Sigillito,V.G.,《拉普拉斯二维特征值》,SIAM Rev.,26(1984),第163-193页,doi:10.1137/1026033·Zbl 0574.65116号
[28] Li,X.,Soler,M.,唇zdemir,C.,Belushkin,A.,Yesilköy,F.,and Altug,H.,用于活细胞分泌无标签和实时分析的等离子纳米孔阵列生物传感器,《实验室芯片》,17(2017),第2208-2217页。
[29] Liang,Y.和Zou,J.,通过单孔径的声散射和场增强,arXiv:2011.058872020。
[30] Lin,J.、Shipman,S.P.和Zhang,H.,窄缝周期阵列中Fano共振的数学理论,SIAM J.Appl。数学。,80(2020),第2045-2070页,doi:10.1137/19M1275711·Zbl 1448.35098号
[31] Lin,J.和Zhang,H.,完美导电窄缝的散射和场增强,SIAM J.Appl。数学。,77(2017),第951-976页,doi:10.1137/16M1094464·Zbl 1372.35294号
[32] Lin,J.和Zhang,H.,亚波长狭缝周期阵列的散射I:衍射区的场增强,多尺度模型。模拟。,16(2018),第922-953页,doi:10.1137/17M1133774。
[33] Lin,J.和Zhang,H.,亚波长狭缝周期阵列的散射II:表面束缚态、总透射和均匀化区域中的场增强,多尺度模型。模拟。,16(2018),第954-990页,doi:10.1137/17M1133786。
[34] Lin,J.和Zhang,H.,通过强耦合亚波长谐振器在金属光栅中的Fano共振,欧洲应用杂志。数学。,32(2021年),第370-394页·Zbl 1504.35048号
[35] Lu,W.,Wang,W.和Zhou,J.,具有任意形状亚波长孔的声音硬板分析共振频率的傅立叶匹配方法,arXiv:214023672021。
[36] McLean,W.,《强椭圆系统和边界积分方程》,剑桥大学出版社,纽约,2000年·Zbl 0948.35001号
[37] Olver,F.W.、Lozier,D.W.、Boisvert,R.F.和Clark,C.W.,《NIST数学函数手册》,剑桥大学出版社,纽约,2010年·Zbl 1198.00002号
[38] Park,H.-R,Chen,X.,Nguyen,N.,Peraire,J.和Oh,S.-H.,《纳米间隙增强太赫兹传感(1纳米厚度)((lambda/106))介电薄膜》,ACS Photonics,2(2015),第417-424页。
[39] Rodrigo,S.、de Leon-Perez,F.和Martin-Moreno,L.,《特殊光传输:基础和应用》,Proc。IEEE104(2016),第2288-2306页。
[40] Watson,G.N.,《贝塞尔函数理论论》,剑桥大学出版社,英国剑桥;麦克米伦公司,纽约,1944年·Zbl 0063.08184号
[41] Yoo,D.,Nguyen,N.,Martin-Moreno,L.,Mohr,D.,Carretero-Palacios,S.,Shaver,J.,Peraire。,16(2016),第2040-2046页。
[42] 周,J.和卢,W.,用傅里叶匹配法对亚波长狭缝板共振的数值分析,SIAM J.Numer。分析。,59(2021),第2106-2137页,doi:10.1137/21M1397532·Zbl 1496.78020号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。