通过Löwdin正交化防止紧束缚波导光学的失效

光学领域的众多进展依赖于紧束缚近似,该近似简化了对复杂系统行为的描述和预测。这种近似通过考察单个单模子结构导模之间的耦合(亦称耦合模理论)来描述总光场的动力学。然而,当波导间距过小或考虑更大阵列时,其基本假设——即单个波导的导模构成正交基——不再成立。该工作系统分析了这种非正交性带来的影响,表明它会导致一个涉及重叠矩阵的广义本征值问题,从而造成标准TB模型与近轴波动方程解之间的根本性失配。为解决这一问题,研究人员基于Löwdin正交化引入了一种改进的TB框架,该框架能从非正交导模中构建一个正交归一基,同时最大限度地保持其物理形态并保留其对称性。由此产生的Löwdin-TB方法恢复了标准本征值问题,并在广泛的系统尺寸和波导间距范围内与精确光束传播模拟结果高度一致。此外,该方法还能捕捉重要的物理效应,例如增强的长程耦合和非平凡跳迁相位,而这些效应在标准方法中缺失。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-05-29 09:43

量科快讯