多层介质中的光自旋霍尔效应研究

马娟; 罗海陆; 文双春

doi:10.7498/aps.60.094205

摘要

本文研究了光束通过多层介质分界面的光自旋霍尔效应. 以三层介质为例,建立了光束通过棱镜-空气-棱镜结构的传输模型,揭示了横移与空气介质的厚度、折射率梯度以及入射角等因素的定性关系. 发现对某一特定的圆偏振光束,改变两棱镜之间的折射率梯度可以调控横移,反射场与传输场的横移方向取决于折射率梯度. 相对于两层介质来说,高斯光束通过三层介质能明显地增强光自旋霍尔效应. 研究多层介质中光自旋霍尔效应横移的影响因素可为调控和增强光自旋霍尔效应提供理论依据.

关键词:

Abstract

In this paper, we study the spin Hall effect (SHE) of light in a multilayer-medium. By taking three-layer medium for example, the three-dimensional transmission model of beams passing through a prim-air-prim barrier is build. The various factors in SHE of light, such as thickness of the air gap, refractive index gradient, and incidence angle are investigated. For a certain circularly polarized component, the transverse shift can be modulated by Changing the refractive index gradient associated with the two prisms: whether the transverse shift of reflection and transmission fields is positive or negative depends on the refractive index gradient. Compared with the SHE in the two-layer medium, the SHE in the Gaussian beam refraction can be evidently enhanced via three-layer medium. Based on the theory of SHE of light,the theoretical basis for regulating and enhancing optical spin Hall effect is obtained.

Keywords:

作者及机构信息

1.
湖南大学信息科学与工程学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室,长沙 410082

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10804029,10974049),国家博士后特别项目(批准号:200902469)和国家博士后面上项目(批准号:20080431018)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory for Micro/Nano Optoelectronic Devices of Ministry of Education, School of Information Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China

参考文献

[1]	Kato Y K, Myers R C A C 2004 Science 306 1910
[2]	Onoda M, Murakami S, Nagaosa N 2004 Phys. Rev. Lett. 93 083901
[3]	Bliokh K Y, Bliokh Y P 2006 Phys. Rev. Lett. 96 073903
[4]	Bliokh K Y, Niv A, Kleiner V, Hasman E 2008 Nature Photonics 2 748
[5]	Hosten O, Kwiat P 2008 Science 319 787
[6]	Luo H L, Shu W X, Li F, Ren Z Z 2007 Phys. Rev. E 75 026601
[7]	Luo H L, Ren Z Z, Shu W X, Wen S C 2008 Phys. Rev. A 77 023812
[8]	Luo H L, Wen S C, Shu W X, Tang Z X, Zou Y H, Fan D Y 2008 Phys. Rev. A 78 033805
[9]	Luo H L, Wen S C, Shu W X, Tang Z X, Zou Y H, Fan D Y 2009 Phys. Rev. A 80 043810
[10]	Luo H L, Wen S C, Shu W X, Fan D Y 2010 Phys. Rev. A 81 053826
[11]	Luo H L, Wen S C, Shu W X, Fan D Y 2010 Phys. Rev. A 82 043825
[12]	Jiang Y Y, Zhang Y Q, Shi H Y, Hou C F, Sun X D 2007 Acta Phys. Sin. 56 798 ( in Chinese ) [姜永远、张永强、时红艳、侯春风、孙秀冬 2007 物理学报 56 798]
[13]	Goos F, hänchen H 1947 Ann. Phys. 436 333
[14]	Fedorov F I 1955 Dokl. Akad. Nauk SSSR 105 465
[15]	Imbert C 1972 Phys. Rev. D 5 787
[16]	Zhou J H, Liu H Y, Luo H L, Wen S C 2008 Acta Phys. Sin. 57 7729 ( in Chinese ) [周建华、刘虹遥、罗海陆、文双春 2008 物理学报 57 7729]
[17]	Liu H Y, Lv Q, Luo H L, Wen S C 2010 Acta Phys. Sin. 59 256 ( in Chinese ) [刘虹遥、吕强、罗海陆、文双春 2010 物理学报 59 256]
[18]	Zheng Q, Zhao X P, Fu Q H, Zhao Q, Kang L, Li M M 2005 Acta Phys. Sin. 54 5683 (in Chinese) [郑晴、赵晓鹏、付全红、赵乾、康雷、李明明 2005 物理学报 54 5683]
[19]	Edwards B, Alu A, Young M E, Silveirinha M, Engheta N 2008 Phys. Rev. Lett. 100 033903
[20]	Shin J, Shen J T, Fan S H 2009 Phys. Rev. Lett. 102 093903
[21]	Murakami S, Nagaosa N, Zhang S C 2003 Science 301 1348
[22]	Wunderlich J, Kaestner B, Sinova J, Jungwirth T 2005 Phys. Rev. Lett. 94 047204
[23]	Bérard A, Mohrbach H 2006 Phys. Lett. 352 190
[24]	Gosselin P, Bérard A, Mohrbach H 2007 Phys. Rev. 75 084035

施引文献

[1]	Kato Y K, Myers R C A C 2004 Science 306 1910
[2]	Onoda M, Murakami S, Nagaosa N 2004 Phys. Rev. Lett. 93 083901
[3]	Bliokh K Y, Bliokh Y P 2006 Phys. Rev. Lett. 96 073903
[4]	Bliokh K Y, Niv A, Kleiner V, Hasman E 2008 Nature Photonics 2 748
[5]	Hosten O, Kwiat P 2008 Science 319 787
[6]	Luo H L, Shu W X, Li F, Ren Z Z 2007 Phys. Rev. E 75 026601
[7]	Luo H L, Ren Z Z, Shu W X, Wen S C 2008 Phys. Rev. A 77 023812
[8]	Luo H L, Wen S C, Shu W X, Tang Z X, Zou Y H, Fan D Y 2008 Phys. Rev. A 78 033805
[9]	Luo H L, Wen S C, Shu W X, Tang Z X, Zou Y H, Fan D Y 2009 Phys. Rev. A 80 043810
[10]	Luo H L, Wen S C, Shu W X, Fan D Y 2010 Phys. Rev. A 81 053826
[11]	Luo H L, Wen S C, Shu W X, Fan D Y 2010 Phys. Rev. A 82 043825
[12]	Jiang Y Y, Zhang Y Q, Shi H Y, Hou C F, Sun X D 2007 Acta Phys. Sin. 56 798 ( in Chinese ) [姜永远、张永强、时红艳、侯春风、孙秀冬 2007 物理学报 56 798]
[13]	Goos F, hänchen H 1947 Ann. Phys. 436 333
[14]	Fedorov F I 1955 Dokl. Akad. Nauk SSSR 105 465
[15]	Imbert C 1972 Phys. Rev. D 5 787
[16]	Zhou J H, Liu H Y, Luo H L, Wen S C 2008 Acta Phys. Sin. 57 7729 ( in Chinese ) [周建华、刘虹遥、罗海陆、文双春 2008 物理学报 57 7729]
[17]	Liu H Y, Lv Q, Luo H L, Wen S C 2010 Acta Phys. Sin. 59 256 ( in Chinese ) [刘虹遥、吕强、罗海陆、文双春 2010 物理学报 59 256]
[18]	Zheng Q, Zhao X P, Fu Q H, Zhao Q, Kang L, Li M M 2005 Acta Phys. Sin. 54 5683 (in Chinese) [郑晴、赵晓鹏、付全红、赵乾、康雷、李明明 2005 物理学报 54 5683]
[19]	Edwards B, Alu A, Young M E, Silveirinha M, Engheta N 2008 Phys. Rev. Lett. 100 033903
[20]	Shin J, Shen J T, Fan S H 2009 Phys. Rev. Lett. 102 093903
[21]	Murakami S, Nagaosa N, Zhang S C 2003 Science 301 1348
[22]	Wunderlich J, Kaestner B, Sinova J, Jungwirth T 2005 Phys. Rev. Lett. 94 047204
[23]	Bérard A, Mohrbach H 2006 Phys. Lett. 352 190
[24]	Gosselin P, Bérard A, Mohrbach H 2007 Phys. Rev. 75 084035

[1]	温广锋, 赵领中, 张琳, 陈毅云, 罗圻林, 方安安, 刘士阳. 基于柱对称梯度折射率体系的可调控光束传输. 物理学报, 2022, 71(14): 144201. doi: 10.7498/aps.71.20212247
[2]	杨安平, 王雨伟, 张少伟, 李兴隆, 杨志杰, 李耀程, 杨志勇. Ge-Sb-Se硫系玻璃的折射率和热光系数. 物理学报, 2019, 68(1): 017801. doi: 10.7498/aps.68.20181869
[3]	刘晓波, 刘明黎, 陈建忠, 施宏宇, 陈博, 蒋延生, 徐卓, 张安学. 折射率正负梯度交替表面的研究. 物理学报, 2015, 64(8): 084202. doi: 10.7498/aps.64.084202
[4]	周建华, 李栋华, 曾阳素, 朱鸿鹏. 梯度负折射率介质中高斯光束传输特性的研究. 物理学报, 2014, 63(10): 104205. doi: 10.7498/aps.63.104205
[5]	刘晓波, 施宏宇, 陈博, 蒋延生, 徐卓, 张安学. 折射率梯度表面机理的研究. 物理学报, 2014, 63(21): 214201. doi: 10.7498/aps.63.214201
[6]	罗幸, 周新星, 罗海陆, 文双春. 光自旋霍尔效应中的交叉偏振特性研究. 物理学报, 2012, 61(19): 194202. doi: 10.7498/aps.61.194202
[7]	程同蕾, 柴路, 栗岩锋, 胡明列, 王清月. 混合导引型光子晶体光纤中纤芯折射率相关的导光特性研究. 物理学报, 2011, 60(2): 024216. doi: 10.7498/aps.60.024216
[8]	卓士创, 闫长春. 可见光紫端748 THz处的高透过率负折射率材料模拟研究. 物理学报, 2010, 59(1): 360-364. doi: 10.7498/aps.59.360
[9]	童元伟, 毛宇, 庄松林. 光频段多频率域负折射率材料的数值研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5553-5558. doi: 10.7498/aps.59.5553
[10]	黄喜, 张新亮, 董建绩, 黄德修. 半导体光放大器超快折射率变化动态特性的研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3185-3192. doi: 10.7498/aps.58.3185
[11]	曾然, 许静平, 羊亚平, 刘树田. 负折射率材料对Casimir效应的影响. 物理学报, 2007, 56(11): 6446-6450. doi: 10.7498/aps.56.6446
[12]	沈自才, 孔伟金, 刘世杰, 沈建, 邵建达, 范正修. 斜角入射沉积法制备渐变折射率薄膜的折射率分析. 物理学报, 2006, 55(10): 5157-5160. doi: 10.7498/aps.55.5157
[13]	杨立森, 刘思敏, 张光寅, 许京军, 郭　儒, 高垣梅, 黄春福, 陆　猗, 汪大云. 快速响应的光致折射率改变效应的实验研究. 物理学报, 2004, 53(2): 461-467. doi: 10.7498/aps.53.461
[14]	陈龙, 何赛灵, 沈林放. 含负折射率介质的多层结构中倏逝波传播及隧道效应的分析. 物理学报, 2003, 52(10): 2386-2392. doi: 10.7498/aps.52.2386
[15]	杨德兴, 赵建林, 张鹏, 李碧丽, 冯锡淇. LiNbO3:Fe晶体中光写入波导时折射率的变化规律. 物理学报, 2003, 52(5): 1179-1183. doi: 10.7498/aps.52.1179
[16]	佘卫龙, 王晓生, 何国岗, 陶孟仙, 林励平, 李荣基. 折射率改变为正的光折变晶体中形成一维光伏暗孤子. 物理学报, 2001, 50(11): 2166-2171. doi: 10.7498/aps.50.2166
[17]	唐永林, 李大义, 陈建国, 康俊. 对数型折射率饱和非线性介质中光孤子高斯型呼吸模式. 物理学报, 1999, 48(7): 1248-1253. doi: 10.7498/aps.48.1248
[18]	戴松涛, 李振亚. 横场伊辛铁磁薄膜的自旋波. 物理学报, 1990, 39(4): 639-648. doi: 10.7498/aps.39.639
[19]	许自然, 沈惠敏, 王咸, 王业宁. LiNbO3晶体在室温—130℃的锥光干涉及折射率的异常. 物理学报, 1984, 33(8): 1192-1195. doi: 10.7498/aps.33.1192
[20]	殷宗敏, 祝颂来. 锥形梯度折射率纤维的成像特性. 物理学报, 1981, 30(12): 1603-1608. doi: 10.7498/aps.30.1603

计量

文章访问数: 10122
PDF下载量: 1071
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板