論文の概要: Exact Helicity-Orbital Coupled Dynamics in Chiral Media: An Optical Dirac Framework for Photonic Rabi Oscillations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.30295v1
- Date: Mon, 29 Jun 2026 13:37:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-30 18:07:16.249574
- Title: Exact Helicity-Orbital Coupled Dynamics in Chiral Media: An Optical Dirac Framework for Photonic Rabi Oscillations
- Title（参考訳）: キラル媒質中の特異ヘリシティ-軌道結合ダイナミクス:フォトニックラビ発振のための光学ディラックフレームワーク
- Abstract要約: 両向性キラルフォトニックメディアにおける光伝搬は、ヘリシティ空間における創発的ディラック構造の観点から統一的な記述を持つことを示す。
我々の研究は、キラルメディアにおける構造光のための光学的ディラックフレームワークを確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We demonstrate that light propagation in reciprocal chiral photonic media admits a unified description in terms of an emergent Dirac structure in helicity space. Starting from Maxwell's equations, we reformulate the electromagnetic field as a four-component spinor governed by an effective non-Hermitian optical Dirac equation. In this representation, the magnetoelectric response of the chiral medium appears as a helicity-dependent background that modifies the spectrum and eigenmodes, while the breaking of the spin-degenerate condition generates the intrinsic spin-orbit coupling between helicity and orbital degrees of freedom. After projection onto the positive-frequency sector, the theory reduces to an exact two-level helicity-orbital model. This model is found to have an analytical solution and describes coherent Rabi-like oscillations between spin-orbit-coupled vector modes. Chirality controls the helicity splitting and detuning, whereas the electromagnetic mismatch of the medium determines the coupling strength responsible for oscillatory spin-orbit conversion. The resulting dynamics is constrained by exact conservation of the total angular momentum, leading to reversible conversion between spin and orbital angular momentum with well-defined selection rules. Our work establishes an optical Dirac framework for structured light in chiral media, and provides experimentally accessible predictions for chirality-controlled oscillations, polarization dynamics, and orbital angular momentum conversion in structured optical fields.
- Abstract（参考訳）: 両向性キラルフォトニックメディアにおける光伝搬は、ヘリシティ空間における創発的ディラック構造において統一的な記述を持つことを示す。
マクスウェルの方程式から始めて、電磁場を有効非エルミート光学ディラック方程式によって支配される4成分スピノルとして再構成する。
この表現では、キラル媒質の磁気応答は、スペクトルと固有モードを変化させるヘリシティ依存の背景として現れ、一方スピン退化条件の破れは、ヘリシティと軌道自由度の間の固有スピン軌道結合を生成する。
正の周波数セクターに投影した後、この理論は正確に2段階のヘリシティ軌道モデルに還元される。
このモデルは解析解を持ち、スピン軌道結合ベクトルモード間のコヒーレントなラビ様振動を記述する。
キラリティはヘリシティスプリッティングとデチューニングを制御するが、媒体の電磁ミスマッチは振動性スピン軌道変換に寄与する結合強度を決定する。
結果として生じる力学は全角運動量の正確な保存によって制約され、適切に定義された選択規則でスピンと軌道角運動量の間の可逆変換をもたらす。
我々の研究は、キラル媒質における構造光の光学的ディラックフレームワークを確立し、構造光場におけるキラル性制御振動、偏光ダイナミクス、軌道角運動量変換を実験的に予測する。
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