对称性保护的不变散射特性研究

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纳米结构中的光散射现象在纳米结构领域中是一个非常普遍的现象,人们对它很感兴趣。这个领域不仅与许多学科密切相关,比如宇宙学,气象学、光通信等,也不断涌现出新的见解,以及重要的应用,如光镊、光捕获等。在光散射分析中,对称性是解决光散射问题的重要方法。与许多其他物理学科一样,对称性原理,在光子学的不同分支中得到了广泛的应用。所以本文从独特的角度分析光散射,以控制光学响应。论文的主要内容包括以下几点:首先,本文揭示了任意粒子团的远场散射模式是对偶变换下不变的。根据这一发现,进一步揭示了联合对偶-(n次,n≥3)旋转对称性可以保证散射图样也表现出n次旋转对称性和后向性散射的消除,广义柯克自动满足后向散射抑制条件。其次,两个散射通道LCP,RCP波实际上在旋转对称结构中是解耦,基于这一事实,本文进一步揭示散射不变性与离散空间对称性之间的微妙联系:同一庞加莱球纬度圆上任意偏振的截面不变,并且组合额外对称性确保了任意偏振,覆盖整个庞加莱球体的所有偏振的消光散射和吸收截面不变。第三,本文揭示了离散空间对称性和电磁对偶性对称性可以同时利用,以保证任意入射偏振不变散射截面的性质。结果表明,对于任意的自对偶散射体,缺乏任何空间对称性,唯一的对偶对称性就足以满足同一纬度的庞加莱偏振的散射不变性,组合其它的镜面对称,本文实现了任意偏振的散射不变特性。第四,本文计算了多极子系数之间的关系,使用本征模分析有限尺寸光学系统的对称性参数。借助群论,本文确定了某些电磁多极子的存在性,揭示了不同电磁波之间隐藏的多极子约束关系。综上所述,本文提出了基于对称性的分析散射问题方法为光学基础理论提供了新工具,用对称性取代复杂的计算;几何观点的引入提供更丰富的物理图景,对推动对称微纳光学器件的偏振无关特性提供理论基础,为器件提供稳定的偏振鲁棒性。
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