多层介质中的光自旋霍尔效应研究

本文研究了光束通过多层介质分界面的光自旋霍尔效应. 以三层介质为例,建立了光束通过棱镜-空气-棱镜结构的传输模型,揭示了横移与空气介质的厚度、折射率梯度以及入射角等因素的定性关系. 发现对某一特定的圆偏振光束,改变两棱镜之间的折射率梯度可以调控横移,反射场与传输场的横移方向取决于折射率梯度. 相对于两层介质来说,高斯光束通过三层介质能明显地增强光自旋霍尔效应. 研究多层介质中光自旋霍尔效应横移的影响因素可为调控和增强光自旋霍尔效应提供理论依据. 关键词： 光自旋霍尔效应 横移 折射率梯度     

转换反射中光自旋霍尔效应的自旋堆积方向

从理论上和实验上研究了转换反射中光自旋霍尔效应的自旋堆积方向的方法,建立了描述光束在空气-棱镜界面反射的自旋堆积模型,揭示了横移与光束入射偏振角的定性关系。研究发现,当入射角小于布儒斯特角时,随着入射偏振角的逐渐增大,自旋堆积的方向发生反转。而当入射角大于布儒斯特角时,自旋堆积的方向不再随入射偏振角的变化而反转。结果表明,在光束入射角为确定值且小于布儒斯特角的情况下,可以通过调控光束的入射偏振角转换自旋堆积的方向。转换自旋堆积方向的研究为有效调控光自旋霍尔效应提供了新的途径。     

光自旋霍尔效应中横移的影响因素研究

研究了光束在空气与电介质分界面传输产生的自旋霍尔效应,揭示了光束重心横移分别与偏振态、折射率差以及入射角三者之间的定性关系.研究发现各光场横移都随偏振参量增大而增大,左、右旋椭圆偏振光的横移等值反向,圆偏振态下的横移比椭圆偏振态下的横移大.改变折射率差的大小,反射光横移随折射率差的增大而减小,但当折射率差接近零时,反射...     

光自旋霍尔效应中的交叉偏振特性研究

从光束角谱理论出发建立了描述光自旋霍尔效应的傍轴传输模型, 利用这一模型分析了光自旋霍尔效应中的交叉偏振特性. 通过分析交叉偏振效应强度和入射角变化的规律, 发现交叉偏振效应越强, 光自旋霍尔效应中的自旋分裂越大. 为便于实验观察, 将入射角选在光自旋霍尔效应较强的布儒斯特角附近, 观测到了强的交叉偏振效应. 增大交叉偏振分量的同时减小初始偏振分量, 可显著增强光自旋霍尔效应. 这一调控方法为研制基于光自旋霍尔效应的新型光子器件提供了理论基础.     

再谈半波损失和薄膜干涉

本文的主要内容有四点.一是对近期本刊发表的《光由光密介质射向光疏介质时半波损失的条件》作补充讨论,给出一些数学公式上的解释和相应的物理情景.二是讨论该文中谈到的一些关于半波损失的看法,并指出当偏振平行于入射面的光从光密介质入射到光疏介质、且光密介质折射率远大于光疏介质折射率时,一般不会有半波损失.三是给出薄膜干涉的定量计算结果,展示了在通常情况下,教科书上的薄膜干涉公式结果与按菲涅耳公式计算的结果是非常接近的.四是指出,教科书上的薄膜干涉公式所指示的暗纹条件恰好是正确的,但对于亮纹条件,在某些情况下,该公式会得出完全错误的结果.     

光自旋霍尔效应及其研究进展

光束在经过非均匀介质后,自旋角动量相反(左、右旋圆偏振)的光子在垂直于入射面的横向相互分离,造成光束的自旋分裂,这种现象叫做光自旋霍尔效应.它类似于电子系统中的自旋霍尔效应:自旋光子扮演自旋电子的角色,而折射率梯度则起外场作用.光自旋霍尔效应为操控光子提供了新的途径,在纳米光学、量子信息和半导体物理方面具有重要的应用前景;同时由于它与凝聚态和高能物理中的带电粒子自旋霍尔效应有高度的相似性和共同的拓扑根源,所以又为测量自旋霍尔效应这类弱拓扑现象提供了独特而又方便的机会.文章简单介绍了光自旋霍尔效应,并总结了近几年国内外的研究进展.     

基于传输矩阵法讨论光疏介质表面的全反射

探究了光在光密介质与超薄光疏介质界面处的全反射,通过在光密介质中嵌入一光疏介质薄层,利用传输矩阵法,定量地分析了入射角度以及光疏介质的厚度对反射率的影响.数值模拟结果表明,当光疏介质的厚度小于约一个波长时,即使入射角大于全反射的临界角,反射率也不一定会达到1,也就是说,光学隧道效应将会出现.     

光由光密介质射向光疏介质时半波损失的条件

本文通过对反射波和入射波振幅的比值关系进行详细解析推导、作图呈现和分析讨论,给出反射光和入射光相位差在折射率-入射角空间的详细分布图,并指明半波损失发生的各种条件,其中包括光由光密介质射向光疏介质时反射光发生半波损失的条件.研究表明当光束由光密介质射向光疏介质时反射波也可能发生半波损失,而当光束由光疏介质射向光密介质时反射波也不是一定会发生半波损失.澄清和补充了一些现有教科书中不很明确的结论.     

利用光的全反射原理分析蜃景现象

光在均匀介质中是沿直线传播的,如果光介质的密度发生改变时,光路将随着发生改变．光线从光密介质射向光疏介质时,随着入射角的不断增大,折射角也不断地增大,并且折射光线的强度在减弱,反射光线的强度在增强如果介质的折射率为n．     

基于合金介电常数的可控特性增强光子自旋霍尔效应

基于平面角谱理论,系统研究了BK7玻璃-合金薄膜-空气结构中合金介电常数的变化对反射光自旋霍尔效应的调控规律.数值仿真结果表明,该结构发生表面等离激元共振的共振角主要受合金介电常数实部的影响,随介电常数实部的增加而增大,而虚部对共振角变化的影响相对较小.不同介电常数合金在其共振角处得到的较大光子自旋霍尔效应横移呈集中的带状分布,选取介电常数-2.8+1.6i的Ag-Ni合金时,光子自旋霍尔效应横移能达到1.2×10~5 nm.研究还发现将入射角固定为44.1°时,光子自旋霍尔效应横移随合金介电常数的变化呈轴对称分布,并以最大值为中心呈球面状辐射,离中心点越远光子自旋霍尔效应横移越小.选取介电常数-10.6+1.2i的Ag-Au合金时,光子自旋霍尔效应横移最大能达到8000 nm,相比于以往纯金属纳米结构BK7玻璃-金-空气中得到的最大光子自旋霍尔效应横移3000 nm有了较大的提高.该研究不仅能够有效增强光子自旋霍尔效应,还能为设计等离激元共振传感器等纳米光子器件提供理论依据.     

光学马格努斯效应中的横向角移分析

从平面角谱理论出发,建立了光束在空气和玻璃界面折射的传输模型.基于这一模型,揭示了光学马格努斯效应中的横向角移现象.对于特定的线偏振和椭圆偏振光束,其折射场重心出现了横向角移,而当入射光束为圆偏振时,横向角移则会消失.在正负折射率界面,光束的横向角移产生了反转现象,这是由于光束在左手材料中发生了负衍射.超高折射率可明显地减少横向角移,而超低折射率则可显著地增强横向角移.这些发现将为如何调控和增强光学马格努斯效应提供理论依据. 关键词： 光学马格努斯效应 横向角移 圆偏振     

Photonic spin Hall effect and terahertz gas sensor via InSb-supported long-range surface plasmon resonance

We propose a simple one-dimensional grating coupling system that can excite multiple surface plasmon resonances for refractive index(RI)sensing with self-reference characteristics in the near-infrared band.Using theoretical analysis and the finite-difference time-domain method,the plasmonic mechanism of the structure is discussed in detail.The results show that the excited resonances are independent of each other and have different fields of action.The mode involving extensive interaction with the analyte environment achieves a high sensitivity of 1236 nm/RIU,and the figure of merit(FOM)can reach 145 RIU-1.Importantly,the mode that is insensitive to the analyte environment exhibits good self-reference characteristics.Moreover,we discuss the case of exchanging the substrate material with the analyte environment.Promising simulation results show that this RI sensor can be widely deployed in unstable and complicated environments.     

Transverse displacement at total reflection near the grazing angle: a way to discriminate between theories

The transverse shift is observed and precisely measured at total internal reflection on a dielectric interface for a circularly polarized light beam when the incident angle is scanned from the critical angle up to the grazing angle close to 90°. The experimental results show with no doubt that the transverse displacement exists far away from the critical angle and only vanishes at grazing angle. A comparison with theories also allows a discrimination between the most different theoretical models traditionally used to interpret physically this effect.     

不同波长的散射介质后向散射光偏振度特性

基于Stockes矢量,通过测量以线偏振光和圆偏振光入射时脂肪乳剂后向散射光的偏振度,研究了532 nm、650 nm和780 nm三个波长的光与散射粒子粒径为325 nm的脂肪乳剂溶液作用后,其后向散射光的偏振度特性.研究结果表明,对于入射线偏振光,780 nm波长后向散射光中的线偏振光成分多于圆偏振光成分,而532 nm波长则相反;对于入射圆偏振光,三个波长后向散射光中的圆偏振光成分均多于线偏振光成分;532 nm波长的总偏振度高于650 nm和780 nm两个波长各自的总偏振度;线偏振光的保偏性优于圆偏振光的保偏性,但偏振光在散射介质中的穿透深度较小.因此,后向散射成像技术适用于物体表层成像,而且选择波长略大于粒径的线偏振光可以提高成像质量.     

不同波长的散射介质后向散射光偏振度特性

基于Stockes矢量,通过测量以线偏振光和圆偏振光入射时脂肪乳剂后向散射光的偏振度,研究了532nm、650nm和780nm三个波长的光与散射粒子粒径为325nm的脂肪乳剂溶液作用后,其后向散射光的偏振度特性.研究结果表明,对于入射线偏振光,780nm波长后向散射光中的线偏振光成分多于圆偏振光成分,而532nm波长则相反;对于入射圆偏振光,三个波长后向散射光中的圆偏振光成分均多于线偏振光成分;532nm波长的总偏振度高于650nm和780nm两个波长各自的总偏振度;线偏振光的保偏性优于圆偏振光的保偏性,但偏振光在散射介质中的穿透深度较小.因此,后向散射成像技术适用于物体表层成像,而且选择波长略大于粒径的线偏振光可以提高成像质量.     

混浊介质中线偏振光和圆偏振光的后向漫散射特征

以标准的组织模型Intralipid脂肪乳溶液为研究对象,采用CCD偏振成像系统,通过测量该混浊介质的后向漫散射光的斯托克斯矢量,深入研究了不同方位的线偏振光及不同旋向的圆偏振光入射时,后向漫散射光的特征.研究结果表明：对不同的入射偏振态,后向漫散射强度、偏振度的空间分布具有方位选择性,强度和偏振度的大小随距离入射点的距离增加而减小;介质浓度增加,后向散射强度增加,偏振度减小,且同一浓度下,圆偏振光的偏振度总是高于线偏振光.     

光子自旋霍尔效应及其在物性参数测量中的应用

光子自旋霍尔效应是指光束在非均匀介质中传输时,自旋角动量相反的光子在垂直于入射 面的方向发生的横向自旋相关分裂。光子自旋霍尔效应可以和电子自旋霍尔效应作类比：自旋光 子扮演自旋电子的角色,折射率梯度扮演外场的角色。光子自旋霍尔效应源于光的自旋-轨道相互 作用,和两类几何相位有关：一类是动量空间的自旋重定向Rytov-Vlasimirskii-Berry 相位;另 一类是斯托克斯参数空间的Pancharatnam-Berry 相位。光子自旋霍尔效应对物性参数非常敏感, 结合量子弱测量技术,在物性参数测量、光学传感等领域具有重要的应用前景。本文将简单分析 光子自旋霍尔效应的物理根源,回顾近几年不同物理系统中光子自旋霍尔效应的研究进展,介绍 光子自旋霍尔效应在物性参数测量中的应用。最后,展望其在光学模拟运算、显微成像、量子成 像等领域的可能发展方向。     

Spin-to-orbital angular momentum conversion in spin Hall effect of light

From the viewpoint of classical electrodynamics, we identify the role of spin-to-orbital angular momentum conversion in spin Hall effect (SHE) of light. We introduce a distinct separation between spin and orbital angular momenta to clarify the spin–orbital interaction in conventional beam refraction. We demonstrate that the refractive index gradient can enhance or suppress the spin-to-orbital angular momentum conversion, and thus can control the SHE of light. We suggest that the metamaterial whose refractive index can be tailored arbitrarily may become a good candidate for amplifying or eliminating the SHE of light, and by properly facilitating the spin-to-orbital angular momentum conversion the SHE may be enhanced dramatically. The transverse spatial shifts governed by the spin-to-orbital angular momentum conversion, provide us a clear physical picture to clarify the role of refractive index gradient in the SHE of light. These findings provide a pathway for modulating the SHE of light and can be extrapolated to other physical systems.