基于界面反射本征态的外尔超材料偏振特性研究

摘要：

近年来,因为体现出诸多异常拓扑现象,外尔超材料一直备受关注.此前的研究表明外尔超材料的反射场具有偏振转换特性.然而,关于反射本征态的讨论却不够深入,原因在于入射电磁场与反射电磁场处于不同的态空间,给分析计算带来了诸多不便.文中从电场为极矢量、磁场为轴矢量的基本特性出发,通过引入镜像算符将入射态空间与反射态空间联系起来,最后对全反射界面的本征态进行了明确的定义.依据上述定义,笔者对外尔超材料的反射本征态进行了计算,结果显示:在入射电磁场为线性偏振的前提下,外尔超材料的反射本征态均为线性偏振态.反射本征态为线性偏振态,这一性质是由系统能量守恒与洛伦兹互易性共同保证的.经过进一步探讨发现,当动量空间的路径绕外尔点一圈时,本征态的电磁场方向旋转角度为 90°.这也意味着如果电磁场要回到初始状态,动量空间的路径需绕外尔点 4 圈.这一现象的拓扑结构可以类比为四阶莫比乌斯环.此外,依据反射本征态为互相垂直的线性偏振态这一特性,笔者定义了旋转角度θ用以描述本征态朝向的变化规律.值得一提的是,这种计算方法不仅仅适用于外尔超材料,满足条件的全反射界面的反射本征态均可以依照上述定义与方法进行分析求解.

关键词：超材料、外尔点、本征态、线偏振、莫比乌斯环

所属期刊栏目：52

分类号：O436(光学)

在线出版日期：2023-10-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：325-333