光自旋霍爾效應中光束重心橫移的影響因素研究.pdf

1、目前，經(jīng)典波包和量子粒子中的自旋霍爾效應得到了廣泛的關(guān)注，尤其在高能物理領(lǐng)域。光子由于自旋方向的相反，在折射率差扮演外場力的作用下會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，分別聚集在場的兩邊。本文以光波理論為基礎，對光自旋霍爾效應光束重心橫移的影響因素進行一定的探索。揭示了光束重心橫移與不同偏振態(tài)、折射率差以及入射角三者之間的定性關(guān)系。具體做了如下工作：
　　 第一，回顧菲涅爾定律，通過麥克斯韋電磁定律以及邊值條件重新導出反射系數(shù)、折射系數(shù)的表達式，揭示了傳

2、統(tǒng)光學的菲涅爾定律已不能描述自旋霍爾效應的光束重心橫移現(xiàn)象，光自旋霍爾效應是對傳統(tǒng)反射、折射定律的延伸。
　　 第二，從光場角譜理論出發(fā)，建立反射光場中傍軸光束傳輸模型，具體分析了玻璃界面、左手材料以及金屬電介質(zhì)界面的自旋霍爾效應光束重心橫移，分別討論了三種分界面中折射率差、偏振態(tài)、入射角三種因素是如何影響光束重心橫移的變化，此外，我們還討論了左手材料中的超高折射率、近零折射率兩種特殊折射率情況下的光束重心橫移情況。在空氣與玻璃

3、電介質(zhì)的分界面，反射光束重心橫移隨入射角的變化存在極值點，橫移的大小隨著偏振參量的增大而增大，其中圓偏振態(tài)下的橫移比其他橢圓偏振態(tài)下的橫移大。左、右旋橢圓偏振的光束重心橫移等值反向。橫移隨折射率差的減小而增大，但當折射率差無限減小以至于接近零時，橫移并不是無限增大的，反而即將消失。與常規(guī)材料相比，左手材料中自旋霍爾效應橫移并沒有發(fā)生反向，對于近零折射率，只在較小的入射角范圍內(nèi)存在一定的橫移，在其它入射角范圍內(nèi)橫移逐漸接近于零。在超高折射

4、率界面，其橫移比普通負折射率橫移小一個數(shù)量級，故可以用不同負折射率材料操控橫移的大小。在反射率極高的金屬界面，自旋霍爾效應光束重心橫移與金屬的介電常數(shù)的實部正負性以及金屬復介電常數(shù)虛實部比值的大小密切相關(guān)。
　　 第三，考慮到金屬界面的反射率極高，折射現(xiàn)象不明顯，因此本文只研究了折射光場中空氣與玻璃電介質(zhì)材料、空氣與左手材料兩種介質(zhì)分界面的自旋霍爾效應光束重心橫移。折射光橫移要比反射光橫移小，折射光場中的橫移隨著偏振參量、折射率