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折射率梯度引起反转的光自旋霍尔效应研究

作　者: 赵桂平
导　师: 范滇元
学　校: 湖南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 光自旋霍尔效应横移折射率梯度角动量交叉偏振效应多重反射
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前，光自旋霍尔效应得到了广泛的关注，已成为凝聚态物理中一个相当热门的研究方向。折射率梯度扮演着外场的角色，光子由于自旋方向的相反，光束传输通过不同介质界面会展现出与自旋相关的横向分裂。本文以光波的电磁场理论为基础，对折射率梯度引起的反转的光自旋霍尔效应光束重心横移的重要影响因素进行了研究探讨，同时阐明了折射率梯度与自旋-轨道角动量转换的关系，并对多重反射产生的光自旋霍尔效应进行了研究。本文的主要工作如下：第一，详细的介绍了麦克斯韦电磁场理论，揭示了其核心思想。同时利用傅立叶光学平面角谱理论，分析高斯光束在各向同性介质中的传输特性，并探讨了自旋角动量与光波偏振的关系，轨道角动量与光束相位分布之间的关联。为后续研究光自旋霍尔效应奠定了坚实的理论基础。第二，从经典电动力学出发，研究了由折射率梯度导致的反转光自旋霍尔效应。我们首先建立了三维光束传输模型来形象的描述光自旋霍尔效应，通过分析光从光疏介质入射到光密介质和从光密介质入射到光疏介质两种情况，揭示了光自旋霍尔效应中的横移与偏振态、折射率梯度以及入射角等因素的定性关系。当入射角一定时，光从光疏介质入射到光密介质时的水平偏振横移绝对值大于垂直偏振横移，而从光密介质入射到光疏介质的情况正好与之相反，并且传输场的横移方向取决于折射率梯度方向，增大入射角能明显增强光自旋霍尔效应，对某一特定的线偏振光束，其左、右旋圆偏振光分量的横移等值反向。这些研究结果为我们调控光自旋霍尔效应提供了有效途径。第三，研究了高斯光束从空气入射到界面后发生多重反射产生的光自旋霍尔效应。以经两个玻璃反射为例，建立了光束通过空气入射到玻璃，其反射光经由空气入射到另一玻璃的再次反射的传输模型，以光束的傍轴近似和三维角谱理论作为研究基础，分别对水平偏振入射、垂直偏振入射的多重反射交叉偏振现象进行了研究，揭示了两种不同情况下交叉偏振光的场强分布，同时，也研究了入射角度对于多重反射后的交叉偏振光强度的影响。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
插图索引  13-14
第1章绪论  14-33
  1.1 引言  14-16
  1.2 光自旋霍尔效应的发展概述  16-22
  1.3 光束角动量研究概况  22-30
    1.3.1 自旋角动量的发展历程  25-28
    1.3.2 轨道角动量的发展历程  28-30
  1.4 本文框架  30-33
第2章光波的电磁场及角动量理论基础  33-43
  2.1 光波的电磁场理论  33-35
  2.2 高斯光束的传输特性  35-37
  2.3 光子的角动量  37-42
    2.3.1 光子的自旋角动量与光波的偏振  37-40
      2.3.1.1 光波的偏振  38-40
    2.3.2 光子的轨道角动量与光波的相位  40-42
  2.4 小结  42-43
第3章折射光场中反转的光自旋霍尔效应  43-50
  3.1 引言  43
  3.2 光束传输模型  43-45
  3.3 反转的光自旋霍尔效应  45-49
  3.4 小结  49-50
第4章多重反射中的光自旋霍尔效应  50-57
  4.1 引言  50-51
  4.2 光束多重反射传输模型  51-52
  4.3 多重反射的交叉偏振效应  52-56
  4.4 小结  56-57
总结与展望  57-62
参考文献  62-74
致谢  74-77
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文和参加的项目  77

折射率梯度引起反转的光自旋霍尔效应研究

内容摘要

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