1. 研究背景
将远场辐射分解为笛卡尔坐标下不同多极分量的贡献，各个多极矩可以根据电流密度 𝑗 表示出来，通过散射功率的大小，即可判断多极矩对共振模式的贡献占比。
这些共振模式在光学、微波领域中都非常重要，它们影响着材料对光的吸收、散射和发射特性，对于设计光学结构所支持的物理机制具有指导意义。
2. 报告内容
1、电磁偶极子:
（1）空间中有两电荷，大小相等，一正一负，即正负电荷中心发生偏移时，产生电偶极子。电偶极子是最基本的多极子模式，通常与粒子的尺寸和形状有关。在Mie型共振中，电偶极子模式对应于粒子对入射电磁波的初级响应，表现为电磁场在粒子表面的分布。电偶极子共振通常在粒子尺寸与入射光波长相当时产生，导致显著的散射和场增强效应。
优势：
简单的场分布和散射特性，易于理解和控制。
在粒子尺寸与入射光波长相当时，可以产生显著的散射和场增强。
（2）磁偶极子模式与电偶极子类似，但是与磁场相关。在高折射率的介质纳米结构中，磁偶极子模式可以比电偶极子模式产生更高的场增强，因为它们在特定的共振波长上具有更高的散射效率和更低的消光系数。
优势：
由于其较高的散射效率和较低的消光系数，可以产生比电偶极子更高的场增强。
2、电磁多极子:
（1）电四极子模式是比电偶极子更复杂的模式，涉及到电磁场在粒子上的二次分布。这种模式通常在粒子尺寸更大或者形状更复杂时变得显著，可以导致更复杂的散射和场分布模式。
优势：
可以产生更复杂的散射和场分布模式，为设计复杂的光学器件提供了可能。
在粒子尺寸更大或形状更复杂时变得显著，增加了设计的灵活性。
（2）磁四极子模式与电四极子类似，但是与磁场相关。这种模式在特定的共振条件下可以显著贡献于散射和场增强，尤其是在高折射率的介质纳米结构中。
优势：
在特定的共振条件下，可以显著贡献于散射和场增强。
与电四极子类似，提供了额外的自由度来调控光学响应。
3、环磁激子和Anapole:
(1)环偶极子模式起源于环形电流构型，这种模式不能直接从标准的电和磁多极展开中提取。环偶极子模式在某些特定的结构中，如环形或甜甜圈形状的纳米结构中，可以产生显著的场分布和散射特性。
优势：
提供了一种全新的场分布和散射模式，特别是在环形或甜甜圈形状的纳米结构中。
可以产生独特的光学现象，如定向散射等现象。
(2)Anapole共振是一种特殊的非辐射模式，它在开放系统中与辐射连续态共存，但仍然是空间限制的，没有任何辐射泄漏。这种模式在周期性无限大结构中存在，而在有限的粒子系统中则表现为准-BIC（quasi-BIC）模式，具有有限但极高的品质因子。
优势：
高能量局域态，具有无限大的品质因子值，对于实现高Q的光学共振和传感具有重要意义。
在有限结构中表现为准-BIC模式，但仍具有极高的品质因子，对于实现高效的光子学应用非常有用。
文献出处：1. Toroidal Metaphotonics and Metadevices Laser & Photonics Reviews 14.11 (2020): 1900326.
2、Symmetry-protected bound states in the continuum supported by all-dielectric metasurfaces Physical Review A 100.6 (2019): 063803.
3、All-Dielectric Antenna Wavelength Router with Bidirectional Scattering of Visible Light Nano letters 16.7 (2016): 4396-4403.
4、Dual-toroidal dipole excitation on permittivity-asymmetric dielectric metasurfaces Optics Letters 45.10 (2020): 2826-2829.
5、Mie Exciton-Polariton in a Perovskite Metasurface Physical Review Applied 18.1 (2022): 014079.
6、Experimental Observation of Toroidal Dipole Modes in All-Dielectric Metasurfaces Advanced Optical Materials 7.4 (2019): 1801166.
7、Toroidal Dipole-Enhanced Third Harmonic Generation of Deep Ultraviolet Light Using Plasmonic Meta-atoms Nano letters 19.1 (2018): 605-611.
8、Functional Meta-Optics and Nanophotonics Governed by Mie Resonances Acs Photonics 4.11 (2017): 2638-2649.
报告人：常文瑶
