手性介质中的精确螺旋度-轨道耦合动力学：光子拉比振荡的光学狄拉克框架

我们证明了在手性光子介质中的光传播允许在螺旋度空间中用涌现的狄拉克结构进行统一描述。从麦克斯韦方程组出发，我们将电磁场重新表述为由有效的非厄米光学狄拉克方程控制的四分量旋量。在这种表示中，手性介质的磁电响应表现为依赖于螺旋度的背景，它修改了光谱和本征模式，而自旋简并条件的破坏产生了螺旋度和轨道自由度之间的固有自旋轨道耦合。在投影到正频扇区后，该理论简化为一个精确的两能级螺旋度-轨道模型。发现该模型具有解析解，并描述了自旋轨道耦合矢量模式之间的相干拉比样振荡。手性控制螺旋度分裂和失谐，而介质的电磁失配决定了负责振荡自旋轨道转换的耦合强度。由此产生的动力学受到总角动量精确守恒的约束，导致自旋和轨道角动量之间具有明确选择规则的可逆转换。我们的工作为手性介质中的结构光建立了一个光学狄拉克框架，并为结构光场中手性控制的振荡、偏振动力学和轨道角动量转换提供了实验上可访问的预测。