共振态揭示纳米光子腔中的强光-物质耦合

光子共振是控制光-物质相互作用的强大工具。然而，要解锁许多最具科学吸引力和技术前景的现象，需要进入强耦合区域，在该区域中，光和物质完全混合，从而释放出耦合态的新兴特性。目前，区分弱耦合和强耦合主要依赖于研究混合系统在实频率下的光学响应，这仅能提供对潜在共振动力学的间接估计。相比之下，实际的共振存在于复频率中。为解决这一矛盾，我们证明光子共振态提供了一个框架，可以明确量化光-物质相互作用的强度，从而能够严格区分弱耦合和强耦合区域。假设裸光子谐振器存在一个主导共振态，我们推导出一个有效哈密顿量，该哈密顿量描述了光子谐振器与任意数量材料共振之间的相互作用。我们的分析表明，与文献中常用的多数耦合振子模型不同，杂化不仅引入了非对角耦合，还移动了光子模式的裸本征频率。我们通过研究填充了分子材料的平面和球形银谐振器（其性质从量子化学模拟中提取）来证明该方法的准确性。我们的工作为在开放光子环境中统一描述光-物质耦合铺平了道路。