光束正入射至界面时的自旋-轨道相互作用研究

发布时间：2021-07-09 23:25

　　光是一种电磁波,其物理属性包括能量和动量,其中动量可以分为线动量和角动量。角动量包括由偏振决定的自旋角动量、由光场空间分布决定的内禀轨道角动量和与光束传播轨道相对于参考点的位移有关的外禀轨道角动量。自旋和轨道角动量之间存在着耦合和转化,称为自旋-轨道相互作用（Spin-orbit interaction,简写为SOI）。SOI导致涡旋光束、光子自旋霍尔效应等现象的产生,在光学、纳米光子学和等离子光学等领域扮演越来越重要的角色,并在精密测量与探测、信息存储与处理、微粒操纵以及各种功能光子器件设计等方面显示出巨大的应用潜力。光束垂直入射至突变界面时,一部分光束发生自旋反转并获得拓扑荷数为±2的涡旋相位,即发生由自旋角动量向内禀轨道角动量转换的过程。虽然这一现象已有文献研究过,但涡旋相位产生的物理来源以及界面的性质在SOI过程中起到何种作用等问题仍不清楚。而且这种效应极其微弱,这也限制了它的实际应用。本文首先建立菲涅尔琼斯矩阵来描述这种SOI,进而揭示其产生的涡旋相位其实是一种自旋重构的贝里（Berry）几何相位。这种相位来源于光束本身的拓扑结构,而突变界面的性质影响自旋向轨道角动量转换的效... 

【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

傍轴光束的纵向自旋和轨道角动量示意图[14]

光束正入射至界面时的自旋-轨道相互作用研究3角动量只有极少数人讨论。图1-2横向的轨道角动量示意图[34]。最近，光的自旋和轨道角动量之间的转化和耦合吸引人们的极大兴趣，这种转化被称为自旋-轨道相互作用（Spin-OrbitInteraction，简称SOI）[34-37]。它在光学中被广泛使用，存在于反射、折射、散射、聚焦和成像等基础光学研究中。在纳米光子学、超表面和等离子光学中也占据极其重要的地位，并在微粒操控、精密探测、量子信息存储和光子器件制备等方面有重要应用前景。前面简单地介绍了光的SOI的发展历程，了解其在光学中被广泛使用。接下来将从转化的不同现象来将SOI进行分类。目前，光的SOI被分为三种：（1）自旋与內禀轨道角动量相互作用—涡旋光束图1-3自旋-內禀轨道角动量相互作用示意图[38]。

光束正入射至界面时的自旋-轨道相互作用研究3角动量只有极少数人讨论。图1-2横向的轨道角动量示意图[34]。最近，光的自旋和轨道角动量之间的转化和耦合吸引人们的极大兴趣，这种转化被称为自旋-轨道相互作用（Spin-OrbitInteraction，简称SOI）[34-37]。它在光学中被广泛使用，存在于反射、折射、散射、聚焦和成像等基础光学研究中。在纳米光子学、超表面和等离子光学中也占据极其重要的地位，并在微粒操控、精密探测、量子信息存储和光子器件制备等方面有重要应用前景。前面简单地介绍了光的SOI的发展历程，了解其在光学中被广泛使用。接下来将从转化的不同现象来将SOI进行分类。目前，光的SOI被分为三种：（1）自旋与內禀轨道角动量相互作用—涡旋光束图1-3自旋-內禀轨道角动量相互作用示意图[38]。


本文编号：3274698