共振薄膜超材表面的偶极-偶极子模型与多极分析
光学
2026-01-27 v3 介观与纳米尺度物理
摘要
薄膜超材表面由介质层中周期性孔洞构成，因其通过减法工艺制造更为便捷、无需基片以及可访问共振近场而受到关注。尽管其实际应用前景广阔，但其理论描述仍存缺失。本文提出一种半解析的偶极-偶极子模型，用于分析在任意入射角激励下超材表面反射和透射光谱的多极行为。偶极模型通常足以研究由固体纳米结构构成的传统超材，但对于薄膜超材而言，必须包含电偶极子和磁偶极子才能完整描述。我们演示了选择对称薄膜超材单元胞的最优位置的重要性，以确保偶极-偶极子近似的充分性。我们表明，所提方法能够解释由多极间耦合引起的复杂现象，包括晶格安波带、广义 Kerker 效应、Fano 共振以及准束态在连续介质中的共振。我们还展示了该方法适用于非中心对称单元胞（如锥形孔和表面空洞）的薄膜超材。通过深入洞察导致局部共振和集体共振形成的耦合机制，本方法扩展了电磁学工具箱，以用于研究、理解和设计传统和薄膜超材。
引用
@article{arxiv.2510.11864,
title = {Dipole-quadrupole model and multipole analysis of resonant membrane metasurfaces},
author = {Izzatjon Allayarov and Andrey B. Evlyukhin and Antonio Calà Lesina},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.11864},
year = {2026}
}
备注
v3 with corrected typos; 26 pages; 10 figures;