Взаимодействие света с фотонными и плазмонными резонансами

В этом обзоре представлены теория и применения оптических микро- и нанорезонаторов, рассматриваемые с точки зрения лежащей в их основе концепции собственных резонансов — так называемых квазинормальных мод (QNM). Квазинормальные моды являются базовыми составляющими, определяющими отклик резонаторов. Характеризуемые комплексными частотами, квазинормальные моды первоначально возбуждаются внешним полем, а затем экспоненциально затухают во времени вследствие утечки энергии или поглощения. Рассматривается применение формализмов разложения по квазинормальным модам для моделирования этих основных эффектов. Такие модальные разложения, выполняемые на комплексных частотах, отличаются от современных подходов к электромагнитному моделированию, основанных на использовании классических решателей уравнений Максвелла, работающих на действительных частотах или во временной области; кроме того, они обеспечивают значительно более глубокое физическое понимание исследуемых явлений. Поэтому представлен обширный обзор исторического развития концепции квазинормальных мод в электромагнетизме и подробно обсуждаются недавние теоретические и численные достижения в этой области. Кроме того, на ряде примеров, связанных с электромагнитными резонансными полями и веществом, кратко описывается роль квазинормальных мод, включая взаимодействие квантовых излучателей с резонаторами (эффект Перселла, слабая и сильная связь, сверхизлучение, …), интерференции Фано, возмущение резонансных мод, а также перенос и локализацию света в разупорядоченных средах.