論文の概要: Strongly coupled photonic molecules as doubly-coupled oscillators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.23546v1
• Date: Sun, 30 Mar 2025 18:05:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-01 19:35:57.182987
• Title: Strongly coupled photonic molecules as doubly-coupled oscillators
• Title（参考訳）: 二重結合振動子としての強結合フォトニック分子
• Authors: Kevin C. Smith, Austin G. Nixon, David J. Masiello,
• Abstract要約: 相互作用する空洞からなる強結合フォトニック分子の第一原理理論モデルを提案する。 強結合キャビティモードは2重結合と呼ばれる高調波発振器に類似しており、独立座標座標および運動量-運動量結合として現れる電場と磁場による相互作用を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In this work, we present a first-principles theoretical model of strongly coupled photonic molecules composed of interacting dielectric cavities. We demonstrate the predictive power of this model, illustrating the ability to compute supermode eigenfrequencies, field profiles, and mode volumes, given only knowledge of the individual cavity mode profiles and dielectric background, without expensive electromagnetic simulations on the composite structure or numerical fitting. While our model affirms the phenomenological approach of modeling coupled cavity modes as simple coordinate-coupled oscillators in the weak coupling regime, we show that this intuition remarkably breaks down for strong coupling. Instead, we demonstrate that strongly coupled cavity modes are analogous to harmonic oscillators we term as doubly coupled, with interactions via electric and magnetic fields appearing as independent coordinate-coordinate and momentum-momentum couplings, respectively. We show that this distinction is not merely cosmetic, but gives rise to observable properties while providing deep insights into the physical mechanism behind previously observed phenomena, such as coupling induced frequency shifts. Finally, we illustrate that the complex interplay of these dual couplings suggests the possibility to realize exotic phenomena that typically only occur in the ultrastrong coupling regime, here predicted to emerge for comparably modest mode splittings within a regime we term pseudo-ultrastrong coupling.
• Abstract（参考訳）: 本研究では、相互作用する誘電体キャビティからなる強結合フォトニック分子の第一原理理論モデルを提案する。 複合構造や数値フィッティングに高価な電磁シミュレーションを使わずに、個別のキャビティモードプロファイルと誘電体背景の知識のみを考慮し、スーパーモード固有周波数、フィールドプロファイル、モードボリュームを計算する能力を示す。 本モデルでは,結合キャビティモードを弱結合状態における単純な座標結合振動子としてモデル化する現象論的アプローチを実証するが,この直観は強い結合のために著しく低下することを示す。 その代わり、強結合キャビティモードは2重結合と呼ばれる調和振動子に類似し、それぞれ独立座標座標系と運動量-運動量結合系として現れる電場と磁場による相互作用を示す。 この区別は単なる化粧品ではなく、観測可能な性質を生み出し、カップリング誘起周波数シフトのような以前に観測された現象の背後にある物理的なメカニズムについて深い洞察を与えている。 最後に、これらの二重結合の複雑な相互作用は、典型的には超強結合状態においてのみ発生するエキゾチックな現象を実現する可能性を示唆する。

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