光旋转的必要对称性条件

本文确定了线性散射系统能够旋转光线偏振的两个必要对称性条件：缺乏至少一个镜面对称面以及具备电磁对偶对称性。对偶对称性等同于光螺旋度 (helicity) 的守恒，正如旋转对称性等同于角动量守恒一样。当系统由单一物种粒子组成时，缺乏至少一个镜面对称面导致了单个粒子具有手性的熟悉要求。关于螺旋度守恒，根据本文提供的分析和数值证据，解保持螺旋度当且仅当单个粒子本身保持螺旋度。然而，仅在前向散射这一特定情况下，粒子的螺旋度守恒条件得以放宽：我们表明，分子的随机取向赋予了解有效的旋转对称性；进而，这导致在前向散射方向上螺旋度守恒，而与粒子的任何属性无关。对于一般散射方向则并非如此。这些结果推进了当前对分子光学活性现象的理解，并为纳米尺度偏振控制器件的设计提供了见解。