利用光學手性和(hé)內(nèi)置手性參量的形式，可(kě)以在JCMsuite中計(jì)算(suàn)光學散射體(tǐ)的手性響應。結果表明(míng)，時(shí)間(jiān)諧波光學手性密度服從局部連續性方程[1]。這使得(de)手性行(xíng)為(wèi)的分析類似于電(diàn)磁能量的研究。
圓偏振平面波是光手性的本征态。因此，近場(chǎng)光手性密度與圓偏振密切相關。在幾何光學中，四分之一波闆将線偏振轉換為(wèi)圓偏振是衆所周知的。它們是由雙折射材料制(zhì)成的，例如各向異性材料。波片的厚度是尋常(x-)偏振和(hé)非尋常(z-)偏振波長差的四分之一。入射平面波在xz方向上(shàng)線性偏振，在-y方向上(shàng)傳播，如下圖所示：
四分之一波片的能量守恒和(hé)光學手性
由于線偏振，入射手性通(tōng)量消失  =0。對于一個(gè)完美的四分之一波片，反射通(tōng)量  将消失，而透射手性通(tōng)量  =1将以圓偏振平面波為(wèi)單位。從幾何光學的角度，我們認為(wèi)由于波片的各向異性導緻了偏振變化或手性轉換發生(shēng)在波片的體(tǐ)積  內(nèi)。對于麥克斯韋方程組的嚴格解，會(huì)産生(shēng)與這個(gè)簡化模型的輕微偏差。
在近場(chǎng)中，由于各向異性和(hé)材料參數(shù)[1]的變化而發生(shēng)手性轉換。利用各向異性電(diàn)學手性  的密度積分，可(kě)以在JCMsuite中計(jì)算(suàn)體(tǐ)積貢獻。這種轉換類似于能量吸收  。對于這個(gè)例子中的分段常數(shù)材料，界面處的手性轉換是通(tōng)過電(diàn)磁手性轉換通(tōng)量積分來(lái)計(jì)算(suàn)的。它的實部得(de)到  。
最後，通(tōng)過對界面外域電(diàn)磁手性通(tōng)量積分取實數(shù)部分給出了反射 和(hé)透射 光手性通(tōng)量。由于光學手性守恒，推導出下式：
适用于任意材料和(hé)電(diàn)磁場(chǎng)。這類似于能量守恒，可(kě)寫為(wèi)
光學手性密度  如下所示
研究了四分之一波片近場(chǎng)的光手性密度   (左)及其體(tǐ)積轉換 (右)
這是由輸出參量：磁性手性密度和(hé)各向異性電(diàn)性手性密度得(de)到的。在這裏，目前的符号并沒有(yǒu)區(qū)分整數(shù)(例如 或  )和(hé)密度(例如 )。
注意，各向異性手性密度在計(jì)算(suàn)上(shàng)比它們的各向同性對應部分更消耗計(jì)算(suàn)資源。由于所涉及的材料是非磁性的(μr=1)，計(jì)算(suàn)(各向同性)磁性手性密度就足夠了。還(hái)需要注意的是，各向異性參量僅适用于具有(yǒu)電(diàn)場(chǎng)分量或磁場(chǎng)分量的解決方案。這是由于需要對該場(chǎng)進行(xíng)額外的導數(shù)求解。
對四分之一波片近場(chǎng)(見上(shàng)圖)的分析證實了幾何光學的預期: 在周圍的空(kōng)氣中波片內(nèi)偏振變化發生(shēng) 為(wèi)零(和(hé)界面)。向下傳播(輸出)平面波的光手性密度幾乎是圓平面波手性密度的一個(gè)單位。發現輸出偏振幾乎完全圓偏振直至 /  ≈0.9938。通(tōng)過優化其厚度，可(kě)以獲得(de)更優異的較低(dī)反射性能。
參考文獻
[1] (1, 2) Philipp Gutsche, Lisa V. Poulikakos, Martin Hammerschmidt, Sven Burger, and Frank Schmidt. Time-harmonic optical chirality in inhomogeneous space. In SPIE OPTO, Vol.9756, pages 97560X. International Society for Optics and Photonics, 2016.
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