xvi
Contents
17.4 The Casimir Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
17.5 Reversed Vavilov-Cherenkov (VC) Radiation in Naturally
Existing Magnetoelectric Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
17.6 Electromagnetic Response of Weyl Semimetals . . . . . . . . . . . . . . . 481
17.6.1 Electric Charge Near a Weyl Semimetal . . . . . . . . . . . . . . 482
17.6.2 Experimental Proposals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
17.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
18 Purcell Effect in PT-Symmetric Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
Alina Karabchevsky, Andrey Novitsky, and Fyodor Morozko
18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
18.2 Principles of PT Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
18.2.1 Phase Transition in PT-Symmetric Systems . . . . . . . . . . . 496
18.2.2 PT-Symmetry in Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
18.2.3 Inner Product for PT-Symmetric Optical Systems . . . . . . 497
18.2.4 Petermann Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
18.2.5 Eigenmodes of PT-Symmetric Optical Systems . . . . . . . 499
18.3 PT-Symmetric Photonic Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
18.3.1 Coupled Waveguide Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
18.3.2 Two-Dimensional Photonic Waveguide Lattices . . . . . . . 503
18.3.3 Multilayer Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
18.3.4 Microresonators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
18.4 Purcell Effect in PT-Symmetric Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
18.4.1 Reciprocity Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
18.4.2 Modal Purcell Factor Within the Coupled Mode
Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
18.4.3 Numerical Example: PT-Symmetric Coupler . . . . . . . . . . 516
18.5 Summary and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
19 Magnetoelectric Near Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
Eugene Kamenetskii
19.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
19.2 Subwavelength Resonators with Dipole-Carrying
Excitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
19.3 Near Fields of MDM Oscillations—the ME Near Fields . . . . . . . 536
19.4 MDM Particles Inside Waveguides and Cavities . . . . . . . . . . . . . . 544
19.5 Transfer of Angular Momentum to Dielectric Materials,
Metals and Biological Structures from MDM Resonators . . . . . . . 553
19.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
Subject Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
Contents
17.4 The Casimir Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
17.5 Reversed Vavilov-Cherenkov (VC) Radiation in Naturally
Existing Magnetoelectric Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
17.6 Electromagnetic Response of Weyl Semimetals . . . . . . . . . . . . . . . 481
17.6.1 Electric Charge Near a Weyl Semimetal . . . . . . . . . . . . . . 482
17.6.2 Experimental Proposals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
17.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
18 Purcell Effect in PT-Symmetric Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
Alina Karabchevsky, Andrey Novitsky, and Fyodor Morozko
18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
18.2 Principles of PT Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
18.2.1 Phase Transition in PT-Symmetric Systems . . . . . . . . . . . 496
18.2.2 PT-Symmetry in Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
18.2.3 Inner Product for PT-Symmetric Optical Systems . . . . . . 497
18.2.4 Petermann Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
18.2.5 Eigenmodes of PT-Symmetric Optical Systems . . . . . . . 499
18.3 PT-Symmetric Photonic Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
18.3.1 Coupled Waveguide Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
18.3.2 Two-Dimensional Photonic Waveguide Lattices . . . . . . . 503
18.3.3 Multilayer Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
18.3.4 Microresonators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
18.4 Purcell Effect in PT-Symmetric Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
18.4.1 Reciprocity Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
18.4.2 Modal Purcell Factor Within the Coupled Mode
Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
18.4.3 Numerical Example: PT-Symmetric Coupler . . . . . . . . . . 516
18.5 Summary and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
19 Magnetoelectric Near Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
Eugene Kamenetskii
19.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
19.2 Subwavelength Resonators with Dipole-Carrying
Excitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
19.3 Near Fields of MDM Oscillations—the ME Near Fields . . . . . . . 536
19.4 MDM Particles Inside Waveguides and Cavities . . . . . . . . . . . . . . 544
19.5 Transfer of Angular Momentum to Dielectric Materials,
Metals and Biological Structures from MDM Resonators . . . . . . . 553
19.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
Subject Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563