圆偏振光在介质中的角动量

众所周知，当通过麦克斯韦方程组检验时，圆偏振平面波没有角动量。然而，这与实验观察到的事实相矛盾，实验中已知有限段的平面波能够向双折射薄片传递角动量。我们利用四束沿略微不同角度向共同方向传播的平面波的叠加，在四束光的传播方向趋于一致时，推导出单束平面波的角动量密度表达式。我们进而使用这种四光束技术分析平面波从自由空间进入介质平板时的角动量守恒。结果表明，光束的角动量在进入介质时减小，这是因为入射光束在进入点对平板表面施加了一个扭矩。当光束离开平板时，它对出射面施加一个大小相等但方向相反的扭矩，从而在重新进入自由空间时恢复其初始角动量。在此过程中，我们推导了垂直入射的有限直径光束对介质表面的向外作用力的表达式；并探讨了该力与实验观察到的液体表面在强光照射下隆起之间的可能关系。