När ljus möter en partikel interagerar det med partikeln istället för att bara passera igenom smidigt. Ljusvågorna kan spridas i olika riktningar på grund av ljus-materia-interaktionerna.

Saker och ting blir ännu mer spännande på nanoskala, där storleken på partiklarna är jämförbar med ljusets våglängd. Denna storleksmatchning leder till vissa specialeffekter. Till exempel kan du observera att färger förändras eller att specifika mönster bildas när ljuset sprids på olika sätt.

Multipolnedbrytning är ett kraftfullt verktyg som används i stor utsträckning för att analysera ljusspridning, både av en enda nanopartikel och av periodiska uppsättningar av nanostrukturer. Det här verktyget låter oss utforska fysiken bakom ovanliga ljusbeteenden som riktningsspridning, perfekt reflektion och transmission, anapoleffekter och mer. Dessutom kan vi använda det här verktyget för att designa nya nanofotoniska enheter som metasytor och plasmoniska arrayer för ljusmanipulation.

Utöver symmetriska spridare som sfärer eller cylindrar, finns det vanligtvis inga analytiska lösningar för de elektromagnetiska multipolerna av oregelbundna spridare. Därför är effektiva numeriska implementeringar av multipolsönderdelning mycket önskvärda.

Forskare under ledning av professor Yuntian Chen vid Huazhong University of Science and Technology (HUST), Kina, strävar efter att förbättra prestandan för multipolsupplösningsprogrammet. Numerisk integration spelar en avgörande roll vid multipolsönderdelning och kan utföras med hjälp av yt- eller volymintegraltekniker. Forskarna har introducerat Lebedev och Gaussiska kvadraturmetoder i programmet, vilket avsevärt förbättrat noggrannheten och effektiviteten vid beräkning av integraler.

De validerade denna förbättring genom flera demonstrationer, inklusive dielektriska nanosfärer, symmetriska partiklar och anisotropa nanosfärer. Det användarvänliga numeriska programmet är allmänt tillgängligt på GitHub och till nytta för forskare som arbetar med nanofotonik. Verket, med titeln "Effektiv och exakt numerisk projektion av elektromagnetiska multipoler för spridning av objekt," publicerades i Frontiers of Optoelectronics den 29 december 2023.

Mer information: Wenfei Guo et al, Effektiv och exakt numerisk projektion av elektromagnetiska multipoler för spridning av objekt, Frontiers of Optoelectronics (2023). DOI:10.1007/s12200-023-00102-2

Tillhandahålls av Frontiers Journals