光子自旋霍尔效应的最佳弱测量

发布时间：2017-08-29 09:35

  本文关键词：光子自旋霍尔效应的最佳弱测量

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【摘要】：一束线偏振光经过非均匀介质时,由于自旋轨道耦合的作用,自旋方向相反的光子会在垂直于入射面的方向发生横向分离,从而朝相反方向漂移并分居在传输光束的截面两侧,这就是本文重点研究的光子自旋霍尔效应。光子自旋霍尔效应是一种潜在的精密测量工具,其在探测微结构材料结构参数变化的研究中具有重要的物理意义。本文基于光子自旋霍尔效应的弱测量模型,建立空白棱镜界面的高斯光束传输模型,研究光子自旋霍尔效应中弱测量的最佳后选择问题。除此之外基于光子自旋霍尔效应的横移对金属薄膜的厚度变化很敏感的基础上,建立纳米金属薄膜界面反射时的三维光束传输模型,分析了纳米金属薄膜中光子自旋霍尔效应的最佳弱测量,提出了利用光子自旋霍尔效应测量纳米材料结构参数的时候存在最佳弱测量点。同时,也对全内反射中光子自旋霍尔效应的最佳弱测量进行了理论研究。具体工作如下:第一,研究了纳米金属薄膜中光子自旋霍尔效应的最佳弱测量点。通过建立垂直偏振情况下高斯光束在纳米金属薄膜界面反射的传输模型,揭示了光子自旋霍尔效应中的放大后的横移与测量时所选择的放大角的大小有关。研究表明只有当弱测量中放大角取特殊值时(即最佳弱测量点),纳米金属薄膜中光子自旋霍尔效应的放大后横移值才可达到最大,此时测得的横移值数据可以更加精确地反推出金属薄膜的厚度。利用最佳弱测量点进行数据采集可大大提高光子自旋霍尔效应的探测精度。这些研究为今后研制基于光子自旋霍尔效应的精密测量工具测量纳米结构参数提供了理论与实验基础。第二,研究了全内反射中光子自旋霍尔效应的最佳弱测量。通过建立高斯光束入射到玻璃-空气界面的全内反射传输模型,得到全内反射中光自旋霍尔效应中的自旋分裂横移与入射角以及放大角之间的定量关系。研究结果表明,在利用弱测量对全内反射中光子自旋霍尔效应的横移值进行探测时,其同样也存在最佳的弱测量点,可以使得测量输出最大化,从而大大地提高了测量精度,以此能够反应周围环境某些参数的变化。该研究为探索全内反射过程中的物理现象提供了新的思路,同样也为研制新型的纳米光子学器件提供了基础。
【关键词】：光子自旋霍尔效应 结构参数 弱测量 纳米金属薄膜
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O436.3;O484.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 自旋霍尔效应的研究背景12-13
• 1.2 光子自旋霍尔效应的国内外研究现状13-20
• 1.2.1 光子自旋霍尔效应的发展历史13-16
• 1.2.2 光子自旋霍尔效应的国外研究进展16-18
• 1.2.3 光子自旋霍尔效应的国内研究进展18-20
• 1.3 弱测量的背景介绍20-22
• 1.4 本文主要研究内容及基本框架22-23
• 第2章 光子自旋霍尔效应的理论基础23-35
• 2.1 光子自旋霍尔效应产生的原因分析23-24
• 2.2 光的偏振态和平面角谱理论24-29
• 2.2.1 光的偏振态24-26
• 2.2.2 平面波的角谱理论26-29
• 2.3 高斯光束在介质中的传输模型29-30
• 2.4 光束在介质界面发生反射和折射的理论分析30-34
• 2.5 小结34-35
• 第3章 纳米金属薄膜中光子自旋霍尔效应的最佳弱测量35-47
• 3.1 引言35-36
• 3.2 理论分析36-40
• 3.2.1 高斯光束在金属薄膜上的传输模型36-40
• 3.3 实验测量40-43
• 3.4 实验结果分析43-45
• 3.5 小结45-47
• 第4章 全内反射中光子自旋霍尔效应的最佳弱测量47-55
• 4.1 引言47
• 4.2 光束在玻璃-空气介面中的全内反射模型47-50
• 4.3 全内反射中的光子自旋霍尔效应50-51
• 4.4 全内反射中光子自旋霍尔效应的最佳弱测量51-54
• 4.5 小结54-55
• 结论55-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 赵桂平;周新星;李瑛;罗海陆;文双春;;折射率梯度引起反转的光自旋霍尔效应研究[J];光学学报;2012年08期

2 罗海陆;文双春;;光自旋霍尔效应及其研究进展[J];物理;2012年06期

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本文编号：752590