Unraveling Dipolar Regime and Kerker Conditions in Mid‐Index Mesoscale Dielectric Materials

材料科学 电介质 纳米光子学 散射 偶极子 光学 波长 激发 光散射 分子物理学 凝聚态物理 光电子学 物理 量子力学
作者
Brighton Coe,Jorge Olmos‐Trigo,Dylan Qualls,Minani Alexis,Michal Szczerba,Diego R. Abujetas,Mahua Biswas,Uttam Manna
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:11 (3) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adom.202202140
摘要

Abstract Nanophotonic phenomena, such as zero optical back scattering, nonradiating anapole states, etc. are related to the excitation of single dipolar modes—hence so far, they have only been observed within a few relatively high‐index dielectric materials (refractive index, n > 3.5) in the nanoscale regime at the optical frequencies. Here, dipolar regime is unraveled, close‐to‐zero backscattering is demonstrated, and optical anapoles are excited in mid‐index dielectric spheres (titanium di‐oxide, TiO 2 ; n ≈ 2.6) at the mesoscale regime (particle diameter, d ≈ incident wavelength, λ) under illumination with tightly focused Gaussian beams (TFGBs). Successive scattering minima associated with dipolar excitation are observed satisfying the first Kerker condition in the scattering spectra of single TiO 2 spheres with diameters in the micrometer range. Moreover, at specific wavelengths, the electric and magnetic dipolar scattering amplitudes of the dielectric microspheres simultaneously go close‐to‐zero, leading to the excitation of hybrid optical anapoles with a total scattering intensity ≈ 5 times weaker for TFGB illumination with numerical aperture, NA ≈ 0.95 compared to NA ≈ 0.1. The result pushes the boundary of the observation of nanophotonic phenomena to a new regime with regards to type and size of the materials.

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