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An electromagnetic multipole expansion beyond the long-wavelength approximation

多极展开 矩量法(概率论) 物理 波长 电磁场 快速多极方法 球面多极矩 联轴节(管道) 电磁辐射 辐射 计算物理学 量子电动力学 经典力学 量子力学 数学 统计 机械工程 工程类 估计员
作者
Rasoul Alaee,Carsten Rockstuhl,Ivan Fernandez‐Corbaton
出处
期刊:Optics Communications [Elsevier BV]
卷期号:407: 17-21 被引量:401
标识
DOI:10.1016/j.optcom.2017.08.064
摘要

The multipole expansion is a key tool in the study of light-matter interactions. All the information about the radiation of and coupling to electromagnetic fields of a given charge-density distribution is condensed into few numbers: The multipole moments of the source. These numbers are frequently computed with expressions obtained after the long-wavelength approximation. Here, we derive exact expressions for the multipole moments of dynamic sources that resemble in their simplicity their approximate counterparts. We validate our new expressions against analytical results for a spherical source, and then use them to calculate the induced moments for some selected sources with a non-trivial shape. The comparison of the results to those obtained with approximate expressions shows a considerable disagreement even for sources of subwavelength size. Our expressions are relevant for any scientific area dealing with the interaction between the electromagnetic field and material systems.
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