「博采众议」亚波长电磁学浅谈(2)

图2.光的折反射和聚焦。
几何光学中我们通常会用光线去描述一束光，如图2所示，而光是一种电磁辐射，是电磁波中非常窄的一个波段范围，也就是人眼能够感知的电磁波波段范围。波长是电磁波的一个基本参数，按照波长或频率可将电磁波分为紫外、可见、红外、太赫兹微波和射频等不同频段。电磁波与物质的相互作用不仅取决于物质的电磁属性，也取决于物质结构的空间尺寸。由于电磁波的波长尺度横跨原子量级到宏观的千米量级，电磁波与物质的相互作用不存在一个简单的绝对尺度。尽管如此，得益于麦克斯韦方程组的可缩放特性，可以根据结构与波长的关系将研究尺度划分为“超波长”、“近波长”和“亚波长”三个区间。

图3.亚波长电磁学的研究尺度。
在亚波长电磁学中，光有另外一种微观的表现形式，图4为利用时域有限差分（Finite Difference Time Domain, FDTD）计算的z方向电场分布，其中（1）为利用Lumerical公司的FDTD solutions商业软件计算的自由空间中传播的平面波频域的z方向电场分布；（2）为MIT研发的MEEP软件计算的光在波导中传播的连续波的z方向电场分布。