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光自旋霍尔效应中光束重心横移的影响因素研究

作　者: 尹红芳
导　师: 文双春; 罗海陆
学　校: 湖南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 光自旋霍尔效应左手材料金属介质横移折射率差圆偏振
分类号: O43
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前，经典波包和量子粒子中的自旋霍尔效应得到了广泛的关注，尤其在高能物理领域。光子由于自旋方向的相反，在折射率差扮演外场力的作用下会发生偏转，分别聚集在场的两边。本文以光波理论为基础，对光自旋霍尔效应光束重心横移的影响因素进行一定的探索。揭示了光束重心横移与不同偏振态、折射率差以及入射角三者之间的定性关系。具体做了如下工作：第一，回顾菲涅尔定律，通过麦克斯韦电磁定律以及边值条件重新导出反射系数、折射系数的表达式，揭示了传统光学的菲涅尔定律已不能描述自旋霍尔效应的光束重心横移现象，光自旋霍尔效应是对传统反射、折射定律的延伸。第二，从光场角谱理论出发，建立反射光场中傍轴光束传输模型，具体分析了玻璃界面、左手材料以及金属电介质界面的自旋霍尔效应光束重心横移，分别讨论了三种分界面中折射率差、偏振态、入射角三种因素是如何影响光束重心横移的变化，此外，我们还讨论了左手材料中的超高折射率、近零折射率两种特殊折射率情况下的光束重心横移情况。在空气与玻璃电介质的分界面，反射光束重心横移随入射角的变化存在极值点，横移的大小随着偏振参量的增大而增大，其中圆偏振态下的横移比其他椭圆偏振态下的横移大。左、右旋椭圆偏振的光束重心横移等值反向。横移随折射率差的减小而增大，但当折射率差无限减小以至于接近零时，横移并不是无限增大的，反而即将消失。与常规材料相比，左手材料中自旋霍尔效应横移并没有发生反向，对于近零折射率，只在较小的入射角范围内存在一定的横移，在其它入射角范围内横移逐渐接近于零。在超高折射率界面，其横移比普通负折射率横移小一个数量级，故可以用不同负折射率材料操控横移的大小。在反射率极高的金属界面，自旋霍尔效应光束重心横移与金属的介电常数的实部正负性以及金属复介电常数虚实部比值的大小密切相关。第三，考虑到金属界面的反射率极高，折射现象不明显，因此本文只研究了折射光场中空气与玻璃电介质材料、空气与左手材料两种介质分界面的自旋霍尔效应光束重心横移。折射光横移要比反射光横移小，折射光场中的横移随着偏振参量、折射率差的增大而单调增大。当入射光为右旋圆偏振光时横移为正值，而左旋圆偏振光时横移为负值，这一点不同与反射光场的横移。对光束横移的研究对光学精密测量、光学器件的研制以及量子比特学科的发展都有重要的现实意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-8
插图索引  8-9
附表索引  9-10
第1章绪论  10-18
  1.1 引言  10-11
  1.2 自旋霍尔效应的概述  11-13
  1.3 左手材料的研究概述  13-15
  1.4 左手材料中的光自旋霍尔效应研究概况  15-16
  1.5 论文框架  16-18
第2章反射光场与折射光场基本理论  18-28
  2.1 光波的电磁场理论基础  18-25
    2.1.1 麦克斯韦方程  18-19
    2.1.2 菲涅尔公式推导  19-24
    2.1.3 偏振光理论概述  24-25
  2.2 高斯光束的傍轴传输模型  25-27
  2.3 小结  27-28
第3章反射光场中自旋霍尔效应光束重心横移  28-44
  3.1 引言  28
  3.2 空气与玻璃介质分界面的自旋霍尔效应光束重心横移  28-33
  3.3 左手材料中的自旋霍尔效应光束重心横移  33-36
  3.4 高斯光束入射到空气与金属介质的分界面  36-42
  3.5 小结  42-44
第4章折射光场中自旋霍尔效应光束重心横移  44-51
  4.1 高斯光束入射到空气与玻璃介质分界面  44-47
  4.2 折射光场的左手材料自旋霍尔效应光束重心横移  47-49
  4.3 小结  49-51
总结与展望  51-53
参考文献  53-58
致谢  58-59
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文和参加的项目  59-60

光自旋霍尔效应中光束重心横移的影响因素研究

内容摘要

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