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矢量波通过三维多重散射介质的完全传输。

Full transmission of vectorial waves through 3D multiple-scattering media.

作者信息

Lin Ho-Chun, Wei Hsu Chia

出版信息

Opt Lett. 2024 Sep 15;49(18):5035-5038. doi: 10.1364/OL.532642.

DOI:10.1364/OL.532642
PMID:39270223
Abstract

A striking prediction from the random matrix theory (RMT) in mesoscopic physics is the existence of "open channels": waves that use multipath interference to achieve perfect transmission across an opaque disordered medium even in the multiple-scattering regime. Realization of such open channels requires a coherent control of the complete incident wavefront and has only been achieved for scalar waves in two dimensions (2D) so far. Here, we utilize a recently proposed "augmented partial factorization" full-wave simulation method to compute the polarization-resolved scattering matrix from 3D vectorial Maxwell's equations and demonstrate the existence of open channels in 3D disordered media. We examine the spatial profile of such open channels, demonstrate the existence of a bimodal transmission eigenvalue distribution, and study the effects of incomplete polarization control and finite-area illumination. The simulations provide full access to all spatiotemporal properties of the complex wave transport in 3D disordered systems, filling the gap left by experimental capabilities.

摘要

介观物理学中随机矩阵理论(RMT)的一个惊人预测是“开放通道”的存在:即使在多重散射 regime 中,波也能利用多路径干涉实现完美透射穿过不透明无序介质。实现这种开放通道需要对整个入射波前进行相干控制,到目前为止仅在二维(2D)标量波中实现。在这里,我们利用最近提出的“增强部分分解”全波模拟方法,从三维矢量麦克斯韦方程计算偏振分辨散射矩阵,并证明三维无序介质中存在开放通道。我们研究了此类开放通道的空间分布,证明了双峰透射本征值分布的存在,并研究了不完全偏振控制和有限面积照明的影响。这些模拟提供了对三维无序系统中复杂波传输所有时空特性的全面了解,填补了实验能力留下的空白。

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