論文の概要: Numerical Framework for Modeling Quantum Electromagnetic Systems
Involving Finite-Sized Lossy Dielectric Objects in Free Space
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.06145v1
- Date: Mon, 13 Feb 2023 07:06:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-14 16:24:47.810341
- Title: Numerical Framework for Modeling Quantum Electromagnetic Systems
Involving Finite-Sized Lossy Dielectric Objects in Free Space
- Title（参考訳）: 有限サイズ誘電体を含む自由空間における量子電磁系のモデル化
- Authors: Dong-Yeop Na, Thomas E Roth, Jie Zhu, Weng C Chew, Christopher J Ryu
- Abstract要約: 改良型ランゲヴィン雑音定式化のための新しい数値的枠組みを提案し,開発する。
具体的には,有限要素法を用いて平面波散乱と点源放射の数値解析を行う。
自然発生率の従来の表現を回収できることは、初めて数値的に証明されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.4697418743064667
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The modified Langevin noise formalism has been proposed for the correct
charaterization of quantum electromagnetic fields in the presence of
finite-sized lossy dielectric objects in free space. The main modification to
the original one (also known as the Green's function approach available only
for bulk inhomogeneous lossy dielectric medium) was to add fluctuating sources
in reaction to the radiation loss. Consequently, a resulting electric field
operator is now determined by (i) boundary-assisted and (ii) medium-assisted
fields on an equal footing, which are fluctuating sources due to radiation and
medium losses, respectively. However, due to the lengthy mathematical
manipulation and complicated concepts, the validity of the modified Langevin
noise formalism has not been clearly checked yet.
In this work, we propose and develop a novel numerical framework for the
modified Langevin noise formalism by exploiting computational electromagnetic
methods (CEM). Specifically, we utilize the finite-element method to
numerically solve plane-wave-scattering and point-source-radiation problems
whose solutions are boundary-assisted and medium-assisted fields, respectively.
Based on the developed numerical framework, we calculate the Purcell factor of
a two-level atom inside or outside a lossy dielectric slab. It is numerically
proved, for the first time, that one can retrieve the conventional expression
of the spontaneous emission rate, viz., the imaginary part of the Green's
function.
The proposed numerical framework is particularly useful for estimating the
dynamics of multi-level atoms near practical plasmonic structures or
metasurfaces.
- Abstract（参考訳）: 改良されたランゲヴィンノイズ形式は、自由空間における有限サイズの損失誘電体の存在下での量子電磁場の正しいチャーター化のために提案されている。
原型(バルク不均一損失誘電体にのみ利用可能なグリーン関数法としても知られる)への主な変更は、放射線損失に反応して変動源を追加することである。
これにより、結果の電界演算子が決定される。
(i)境界支援及び
二 放射線及び媒体損失による変動源である均等な足場における中力場
しかし、長い数学的操作と複雑な概念のため、改良されたランゲヴィンノイズ形式の有効性はまだ明確には確認されていない。
本研究では,CEM(Computer Electromagnetic Method)を利用した改良型Langevin雑音定式化のための新しい数値解析フレームワークを提案する。
具体的には,有限要素法を用いて,各解が境界支援場と中支援場である平面波散乱問題と点放射問題を数値的に解く。
開発した数値的枠組みに基づいて、損失誘電体スラブ内外における2レベル原子のパーセル係数を算出する。
グリーン関数の想像的部分である自然放出率viz.の従来の表現を回収できることは、初めて数値的に証明されている。
提案手法は, 実用プラズモン構造や準曲面近傍の多層原子の力学を推定するために特に有用である。
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