光子晶体波导中的混合纵向-横向传播电场
光学
2026-03-06 v1
摘要
在均匀、无源且无限介质中，麦克斯韦方程组要求电磁波为纯横向波。然而，当光束紧密聚焦或强烈约束时，纵向场分量便会出现。强纵向场使得许多新现象和应用成为可能，包括单分子检测、近场成像和高分辨率光刻。虽然普通波导中纵向电场（LE）分量的行为已为人所熟知，但通过纳米结构化可实现对其强度以及空间和频谱分布的前所未有的控制。本文展示了完整矢量理论和实验结果，表明对于经过精心设计的波导，例如一种纯1维反槽光子晶体（PhC）波导，LE 场可与波导中的横向电场（TE）场进行混合，并通过远场成像分解为独立的偏振分量。当破坏 PhC 单元格内平面镜像对称性时，LE 与 TE 模态之间的耦合会产生两种混合 LE-TE 模态，从而开启新的光子带隙。通过改变反槽在单元格中的旋转角度，可调节混合模式的 LE-TE 组成以及 resulting bandgap 的宽度。我们表明，反槽相对于传播方向为 45 度的取向可产生 LE 场贡献最大且由几何引起的带隙最宽的混合模式。这种工程化的 PhC 波导实现了新的集成光子功能，包括面内不变角偶极子耦合、更高阶的偏振分离复用以及对光流的增强控制。
引用
@article{arxiv.2603.04654,
title = {Hybrid Longitudinal-Transverse Propagating Electric Fields in Photonic Crystal Waveguides},
author = {Yanrong Zhang and Hooman Barati Sedeh and Christopher S. Whittington and Natalia M. Litchinitser and Shuren Hu and Sharon M. Weiss},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.04654},
year = {2026}
}