在简单介质中实现非互易线性二向色性与发射

互易性,即系统响应在正向路径与反向路径上完全相同的原理,是贯穿物理学各领域的基本概念,从电路、光学,到声学与热传导皆是如此。当这种对称性被打破时,便会产生非互易性,从而实现方向相关的行为。在光子学中,非互易性允许对电磁波传播进行控制,这对于隔离器与环形器至关重要。然而,实现光学非互易性通常需要复杂的超构材料、奇异介质或强外场。正因如此,研究者历来忽视了常规易得材料也可能支持非互易光学行为的可能性,默认传统系统缺乏产生非互易性的能力。本工作中,我们通过重新审视手性光学介质与线性各向异性介质中的光–物质相互作用,对这一假设提出了挑战。借助 Stokes–Mueller 形式体系,我们推导出一个简洁的解析表达式,预言了一条实现正交线偏振光非互易吸收与发射的途径。我们利用溶液法成膜的 CdS、CdSe 与 CdTe 魔尺寸团簇(具有匹配的圆二向色性(CD)与线性二向色性(LD)值)对该构想进行了实验验证,发现它们能够支持这一效应,从而制备出展现线偏振光非互易吸收与发射的薄膜。基于所推导的表达式与实验结果,我们给出了若干设计准则。我们的研究表明,通过利用手性–线性光学干涉,可以在易加工的宏观对称材料中实现非互易线性二向色性与发射。本工作为面向方向相关光路由、光学逻辑以及偏振复用信息编码的可扩展、基于偏振的光子控制开辟了新的机遇。