全波非线性显微术揭示超快极化激元传输的导波通道

我们展示了如何扩展时域有限差分（FDTD）仿真以对超快非线性显微术进行建模，从而能够预测任意电磁环境中的空间分辨泵浦-探测信号。聚焦于强耦合光-物质系统中的极化激元传输，我们开发了一个微扰框架来研究纳米光子结构中混合光-物质激发的超快传播。我们首先将该框架应用于标准的分布式布拉格反射镜（DBR）腔，再现了多模 Tavis-Cummings 模型中关于极化激元传输的既有结果。然后我们考虑了同一腔体的完整模态图景，包括通常在单模族描述中被忽略的位于光线以下的导模。利用这些模式，我们设计了紧凑的模式转换器，将辐射腔极化激元转换为类光子导波极化激元并转换回来，利用导模进行低损耗传播。尽管存在分子退相干，这使得分子激发能够传输一毫米，比目前的传输实验超出了一个数量级。我们进一步计算了泵浦-探测差分透射信号，提供了该机制的实验特征。我们的结果表明，光子腔的模态图景可以被设计用来绕过通常被认为是分子极化激元传输所固有的限制。