色散介质中光的质极化激元理论
光学
2018-01-03 v2
摘要
我们最近表明，介质中的电磁场由质极化激元 (MP) 准粒子组成，这些准粒子是场与原子质量密度波 (MDW) 的量子化耦合态 [Phys. Rev. A 95, 063850 (2017)]。在本工作中，我们假设吸收和散射损耗非常小，将光的 MP 理论推广到色散介质。继我们先前的工作之后，我们提出了两种不同的光学理论方法：(1) MP 准粒子理论，仅利用基本守恒定律和洛伦兹变换推导得出；(2) 经典光弹连续介质动力学 (OCD)，它是连续介质电动力学的推广，包含了在光力影响下的介质动力学。对于单光子与介质的耦合 MP 态，我们得到了 Minkowski 形式的总 MP 动量，而场的动量份额等于 Abraham 动量。我们还表明，MP 与 OCD 模型之间的对应关系以及界面处的动量守恒给出了一个明确的光力公式。光脉冲的动力学及相关 MDW 导致介质非平衡，并通过声波使原子密度弛豫，这与非色散介质中的情况相同。我们还对硅中与 MDW 相关的原子位移最佳测量进行了模拟。在模拟中，我们考虑了不同的波导横截面和光脉冲宽度，并考虑了材料的击穿阈值辐照度。我们还将 MP 理论与先前关于色散介质中光动量的理论进行了比较。我们表明，我们推广的 MP 理论解决了色散介质中与 Abraham-Minkowski 困境相关的所有问题。
引用
@article{arxiv.1710.06322,
title = {Mass-polariton theory of light in dispersive media},
author = {Mikko Partanen and Jukka Tulkki},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.06322},
year = {2018}
}