多層介質(zhì)中的光自旋霍爾效應研究.pdf

1、光自旋霍爾效應是近幾年發(fā)現(xiàn)的一種新的光學效應，為操控光子提供了新的途徑，在納米光學、量子信息和半導體物體方面具有重要的應用前景，同時又為測量弱拓撲現(xiàn)象提供了獨特而方便的手段，因此引起了廣泛關(guān)注。這種效應表現(xiàn)為在光子自旋-軌道相互作用下，自旋角動量相反的光子沿垂直于折射率梯度的橫向相互分離，造成光束的自旋分裂。本論文以光波理論為基礎(chǔ)，以三層介質(zhì)為例，揭示了多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)中光自旋霍爾效應所導致的橫移和角移現(xiàn)象及其影響因素。主要工作如下：

2、>　　第一，回顧了光波在介質(zhì)中的傳播特性，利用麥克斯韋方程組和電磁場邊界條件進行全面分析，介紹了光波在分層介質(zhì)上的反射和折射，分別討論了單色平面光波在單層介質(zhì)和多層介質(zhì)薄膜中的反射和透射規(guī)律。從平面角譜理論出發(fā)，建立了高斯光束在棱鏡-空氣-棱鏡三層介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的傳輸模型，為研究多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的光自旋霍爾效應的橫移和角移奠定基礎(chǔ)。
　　第二，基于高斯光束在三層介質(zhì)分界面上的傳輸模型，分析了光自旋霍爾效應的橫移及其與空氣介質(zhì)的厚度、折射

3、率梯度以及光的偏振態(tài)和入射角之間的定性關(guān)系。結(jié)果表明：橫移量在一定范圍內(nèi)隨空氣介質(zhì)厚度的增加而增大，表明光束通過多層介質(zhì)能明顯增強光自旋霍爾效應；在反射光場，圓偏振光比橢圓偏振光的重心橫移大，橫移量隨偏振參量的增大而增大，而折射光場正好相反；對于某一特定的圓偏振光束，改變兩棱鏡間的折射率梯度或光的入射角，可以調(diào)控橫移的大小和方向。這些結(jié)果為利用多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控和增強光自旋霍爾效應提供了理論依據(jù)。
　　第三，分析了反射光場和折射光場

4、中的光束角移與光的偏振態(tài)、折射率梯度、反射系數(shù)和折射系數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果表明：當入射光為線偏振光或橢圓偏振光時，在反射光場和折射光場中會出現(xiàn)橫向角移，角移的方向取決于反射系數(shù)和折射系數(shù)；當入射光為圓偏振光時，橫向角移消失；折射率梯度對橫向角移的調(diào)控程度取決于入射角的變化。此外，根據(jù)能量守恒定律發(fā)現(xiàn)，光束在傳輸過程中的橫向角移和重心橫移分別遵循總線動量守恒定律和總角動量守恒定律。這些結(jié)果對進一步修正光的反射定律、斯涅爾定律以及如何調(diào)控和增