收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

各向异性介质中光子自旋霍尔效应研究

唐明  
【摘要】:目前,经典波包和量子粒子中的光子自旋霍尔效应(Photonic Spin Hall Effect, PSHE)得到了广泛的关注,尤其在高能物理领域。光子在不同介质分界面上反射或折射时会存在类似于电子自旋霍尔效应的PSHE,在介质折射率梯度扮演的外场作用下,光束或波包沿垂直于折射率梯度方向发生自旋分裂。本文以光波理论为基础,对在各向异性介质界面发生的PSHE进行了一定的探索,揭示了反射光束的重心横移与各向异性介质的电磁参数之间的定性关系,取得如下研究成果: 第一,回顾了电子自旋霍尔效应的形成与发展历史,概述了各种有关电子的霍尔效应的发展及研究情况。在此基础上,我们同时引出了光子自旋霍尔效应,总结了国内外有关PSHE研究进展,包括PSHE的理论解释和实验测量。一方面,国内外不同单位的研究人员从不同的角度解释并证实了PSHE的存在,另外一方面,众所周知,PSHE是个非常弱小的效应,用常规测量手段很难精确测量,为此很多研究工作都用来增强PSHE,以便更好地调控PSHE。基于本文的研究目的,在第一章的最后部分,我们也介绍了介质的划分,各向异性介质的研究进展。 第二,从光波基础理论及角谱理论出发,建立反射光场的傍轴光束传输模型,具体研究了单轴晶体界面上发生的PSHE引起的反射光束重心横移。在研究单轴晶体界面产生反射光束的PSHE中,我们推导了TE波及TM波的反射系数,推导了PSHE导致的重心横移的表达式,我们从理论上计算及实验上测量了在布儒斯特角附近的重心横移。理论及实验结果表明,在布儒斯特角附近存在巨大的反射光束的重心横移,这几乎是以前报道在空气-玻璃界面发生折射时产生的重心横移的40倍。同时,我们也在理论上计算和实验上测量了弱测量过程中反射光束的重心横移的放大倍数,该放大倍数的变化规律是:放大倍数首先随着入射角的增大而变小,在接近布儒斯特角时,放大倍数达到最小,然后随着入射角的增大继续变大。此外,通过研究,我们发现通过旋转单轴晶体的光轴,可以改变布儒斯特角的大小,从而在同一个输入角,两个不同光轴的方向存在一正一负的光束的重心横移,因此,我们可以通过旋转光轴,来改变光自旋堆积的方向。 第三,我们研究了反射光束在空气与各向异性超常介质分界面的PSHE。通过研究发现,反射光束重心横移与各向异性超常介质的电磁参数、光轴角和光束的入射角紧密相连。通过设置各向异性介质的电磁参数,我们可以得到不同的色散关系,对于p波和s波,会形成不同的色散关系组合。我们研究了三种不同的色散关系组合:椭球-椭球色散关系,椭球-双曲面色散关系,双曲面-双曲面色散关系。我们分别分析了这三种色散关系组合的H偏振分量的重心横移与V偏振分量的重心横移,p波和s波的反射系数,初始相位随入射角发生变化,同时,我们也模拟了这三种色散关系组合下的H偏振分量放大后的重心横移及三个不同入射角的场分布。研究结果表明:在椭球-椭球色散关系与椭球-双曲面色散关系两种情况下,H偏振分量的重心横移远大于V偏振分量的重心横移,并且H偏振分量的重心横移可正可负甚至为零,在布儒斯特角附近H偏振分量的重心横移最大,菲涅尔反射系数是个常数,没有发生全反射。在双曲面-双曲面色散关系组合下,我们得到了跟前两种色散关系组合完全不同的计算结果:H偏振分量的重心横移和V偏振分量的重心横移随入射角变化完全一致,菲涅尔反射系数不再是个常数,布儒斯特角不再存在。 最后,我们研究了反射光束在空气与各向异性超大折射率介质分界面的PSHE导致的光束重心横移。通过研究发现,各向异性超大折射率介质界面的自旋霍尔效应导致的光束重心横移展现了独特的特性。我们从理论上模拟了两种超大折射率的超常介质(n,zo=20,n,=1.515和n,=20,n,=1.515)的反射光束的H偏振分量的重心横移与V偏振分量的重心横移。结果显示,我们可以通过改变光轴角或者光束的入射角可以来调控H偏振分量及V偏振分量的重心横移,同时我们也发现在同等条件下,H偏振分量的重心横移比V偏振分量的重心横移要大,调节范围更宽。同样,我们也研究了H偏振分量的重心横移和V偏振分量的重心横移随各向异性参数的变化关系,当各向异性参数61时,H偏振分量反射光束的重心横移的变化范围非常大,并且连续变化,在不远的将来,随着超常材料技术的进步,这为我们进一步调控PSHE提供了可能的途径。 PSHE的研究已经得到了广泛关注,也取得了很多令人赞叹的成果,目前有关PSHE的研究引入到了超常材料领域,随着电磁材料的技术的成熟,综合超常材料与PSHE这两个领域的研究,未来既有可能诞生新型的光子器件,并有可能产生新的学科-自旋光子学。同时,电子自旋霍尔效应已有的研究成果促使人们进一步对PSHE研究,以达到更为便捷,有效地像操控电子一样来操控光子,为未来的实际应用奠定广泛的基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前16条
1 戴海浪;曹庄琪;陈险峰;;基于超高阶导模直接观测光的自旋霍尔效应[J];量子电子学报;2021年01期
2 龙洋;任捷;江海涛;孙勇;陈鸿;;超构材料中的光学量子自旋霍尔效应[J];物理学报;2017年22期
3 戴闻;;自旋霍尔效应电信号的直接探测[J];物理;2006年09期
4 马娟;罗海陆;文双春;;多层介质中的光自旋霍尔效应研究[J];物理学报;2011年09期
5 王孟怡;邱志勇;;导电氧化铋薄膜的逆自旋霍尔效应[J];中国材料进展;2021年10期
6 尹红芳;罗海陆;文双春;;光自旋霍尔效应中横移的影响因素研究[J];光学学报;2011年03期
7 刘辉;祝世宁;;利用超表面操控光自旋霍尔效应与拓扑界面态[J];量子电子学报;2020年01期
8 何冬梅;彭斌;张万里;张文旭;;掺铌SrTiO_3中的逆自旋霍尔效应[J];物理学报;2019年10期
9 毛奇;赵宏武;;金属薄膜中的逆自旋霍尔效应[J];物理;2013年01期
10 秦毅;李焱;肖云峰;杨宏;龚旗煌;;光自旋霍尔效应及面内光自旋分离[J];物理;2012年06期
11 李星;周新星;罗海陆;;纳米金属薄膜中光子自旋霍尔效应的最佳弱测量[J];光学学报;2014年07期
12 赵军倩;周新星;罗海陆;;光自旋霍尔效应中的自旋角分裂[J];光学学报;2013年05期
13 孙庆丰;谢心澄;;铁磁石墨烯体系的CT不变量子自旋霍尔效应[J];物理;2010年06期
14 殷澄;王贤平;阚雪芬;戴海浪;李建;韩庆邦;;基于双折射MIM结构的增强光自旋霍尔效应研究[J];江西师范大学学报(自然科学版);2018年01期
15 唐明;邓杨保;;超大折射率对光子自旋霍尔效应的影响[J];湖南城市学院学报(自然科学版);2013年03期
16 王筠;;函数型光子晶体表面的光自旋霍尔效应[J];激光与光电子学进展;2021年23期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 刘辉;祝世宁;;利用超表面操控光自旋霍尔效应与拓扑界面态[A];第十三届全国光学前沿问题讨论会会议论文摘要集[C];2019年
2 李焱;秦毅;贺环宇;龚旗煌;;反射光的光自旋霍尔效应[A];第八届全国光学前沿问题讨论会论文集[C];2009年
3 刘圣;李鹏;章毅;赵建林;;矢量光束产生的类自旋霍尔效应[A];2015 年(第七届)西部光子学学术会议论文集[C];2015年
4 黄光南;;一般各向异性介质群速度计算方法研究[A];2020年中国地球科学联合学术年会论文集(十六)—专题四十六:探地雷达新进展、专题四十七:油气田与煤田地球物理勘探、专题四十八:污染灾害生态地下水等环境领域中地球物理监测与检测的技术应用及研究进展[C];2020年
5 洪德成;;全张量各向异性介质电磁场计算的奇异值处理方法[A];2020年中国地球科学联合学术年会论文集(二十六)—专题七十六:深部矿产资源探测技术与应用、专题七十七:岩石物理与井中探测前沿、专题七十八:井孔地球物理及深部钻测[C];2020年
6 王迪;王茂兴;李兴旺;吴建鲁;Zhou Bing;白超英;;基于GPU并行计算的二维黏弹性各向异性介质中地震射线追踪[A];2020年中国地球科学联合学术年会论文集(八)—专题二十二:地震波衰减与深部成像、专题二十三:地震灾害防治与应急管理、专题二十四:区域地震构造与地震地质灾害[C];2020年
7 康庄庄;汪宏年;王亚洲;殷长春;;双轴各向异性介质中多分量感应测井的有限区域逼近[A];中国地球物理学会地球物理技术委员会第九届学术会议—全域地球物理探测与智能感知学术研讨会会议摘要集[C];2021年
8 黄光南;;TI介质快速扫描走时计算方法研究[A];2019年中国地球科学联合学术年会论文集(十七)——专题44:电磁地球物理学研究应用及其新进展、专题45:油气田与煤田地球物理勘探[C];2019年
9 黄威;孟庆敏;殷长春;贲放;廖桂香;吴珊;西永在;;各向异性介质中的三维时间域航空电磁法[A];2016中国地球科学联合学术年会论文集(二十)——专题41:环境地球物理方法技术与研究进展、专题42:浅地表地球物理进展[C];2016年
10 梁非;杨慧珠;;方位各向异性介质各向异性系数的一种确定方法[A];1993年中国地球物理学会第九届学术年会论文集[C];1993年
11 张关泉;宋海斌;马在田;侯安宁;;层状方位各向异性介质反问题基本方程组[A];1995年中国地球物理学会第十一届学术年会论文集[C];1995年
12 姚陈;陈祥国;;强各向异性介质中点源能量远场辐射图案-理论[A];1997年中国地球物理学会第十三届学术年会论文集[C];1997年
13 徐果明;;各向异性介质的系统矩阵和传递矩阵的对称性[A];1998年中国地球物理学会第十四届学术年会论文集[C];1998年
14 郝重涛;姚陈;;均匀各向异性介质中P波反演和深度归位[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年
15 李应乐;王明军;董群峰;唐高峰;;各向异性介质球的瑞利散射特性研究[A];2009年全国天线年会论文集(下)[C];2009年
16 周玮;马振宇;刘庆;李红星;;双相各向异性介质中衰减特性研究[A];全国铀矿大基地建设学术研讨会论文集(下)[C];2012年
17 宋林平;刘浩吾;;各向异性介质中的波前法初至到时计算[A];1995年中国地球物理学会第十一届学术年会论文集[C];1995年
18 魏修成;董敏煜;陈运泰;;非均匀各向异性介质中弹性波传播规律的研究[A];1997年中国地球物理学会第十三届学术年会论文集[C];1997年
19 刘洋;牟永光;李承楚;;双相各向异性介质中弹性波传播特征[A];1998年中国地球物理学会第十四届学术年会论文集[C];1998年
20 冯德益;聂永安;;含裂隙双相各向异性介质中的地震波传播[A];中国地震学会第六次学术大会论文摘要集[C];1996年
中国博士学位论文全文数据库 前16条
1 唐明;各向异性介质中光子自旋霍尔效应研究[D];湖南大学;2013年
2 余睿;铁磁/过渡金属双层膜体系逆自旋霍尔效应及其非易失电调控研究[D];南京大学;2019年
3 仲帆;金属/介质/金属超构材料中的自旋霍尔效应和热辐射调控[D];南京大学;2019年
4 周新星;光子自旋霍尔效应的弱测量理论及应用研究[D];湖南大学;2015年
5 陈世祯;二维原子晶体的光子自旋霍尔效应研究[D];湖南大学;2018年
6 楼一杰;基于表面等离激元和光学自旋霍尔效应的光学模拟运算[D];浙江大学;2019年
7 陶新德;过渡金属中的逆自旋霍尔效应[D];南京大学;2017年
8 李新茹;新型二维材料的自旋极化、量子自旋霍尔效应和半导体性质的电子结构及调控[D];山东大学;2017年
9 凌晓辉;人工微结构材料调控光的偏振和自旋霍尔效应研究[D];湖南大学;2012年
10 秦自瑞;光子自旋霍尔效应的理论及其弱测量模型研究[D];天津大学;2018年
11 白向兴;石墨烯复合结构对光子自旋霍尔效应的调控特性[D];哈尔滨工业大学;2021年
12 郭智奇;粘弹各向异性介质波场模拟与储层信息研究[D];吉林大学;2008年
13 任晓荣;基于椭圆金属纳米缝的光子自旋霍尔效应及双通道矢量光束产生研究[D];山东师范大学;2021年
14 蒋诗晓(SHIXIAO W.JIANG);海洋系统和FPU链中的色散波[D];上海交通大学;2017年
15 肖汉;任意各向异性介质走时近似及反演方法研究[D];吉林大学;2021年
16 魏兵;各向异性介质电磁散射及参数反演研究[D];西安电子科技大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 蒋星;光子自旋霍尔效应的增强机理和调控方法研究[D];深圳大学;2019年
2 何冬梅;掺杂STO的逆自旋霍尔效应的研究[D];电子科技大学;2019年
3 臧如雪;亚铁磁绝缘体的制备及其逆自旋霍尔效应研究[D];山东大学;2019年
4 万婷;介质薄膜结构中的光自旋霍尔效应及其调控研究[D];湖南理工学院;2018年
5 赵军倩;光自旋霍尔效应中的自旋角分裂研究[D];湖南大学;2014年
6 洪彩云;基于YIG/NM异质结的逆自旋霍尔效应的研究[D];电子科技大学;2018年
7 常远思;CoFeB薄膜垂直各向异性成分调控与CrAl自旋霍尔效应的研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2017年
8 罗幸;光子自旋霍尔效应中的交叉偏振特性研究[D];湖南大学;2013年
9 施然;球型体系的光自旋霍尔效应[D];苏州大学;2019年
10 马娟;多层介质中的光自旋霍尔效应研究[D];湖南大学;2012年
11 苗宠;层状结构光子自旋霍尔效应的研究[D];中国地质大学(北京);2021年
12 李星;光子自旋霍尔效应的最佳弱测量[D];湖南大学;2015年
13 张鹏宇;磁光光自旋霍尔效应及其传感特性研究[D];成都信息工程大学;2020年
14 盛丽娟;基于光子自旋霍尔效应的折射率传感器研究[D];湖南师范大学;2020年
15 赵桂平;折射率梯度引起反转的光自旋霍尔效应研究[D];湖南大学;2012年
16 魏桂萍;转换光自旋霍尔效应中自旋堆积方向的研究[D];湖南大学;2012年
17 张晓宇;基于微波谐振腔的逆自旋霍尔效应与电子顺磁共振测试研究[D];电子科技大学;2020年
18 陈琼;英国中学PSHE教育的课程标准和教材研究[D];华东师范大学;2014年
19 孙嘉妤;井间地震各向异性介质走时层析成像方法研究[D];长安大学;2019年
20 董晴;各向异性介质声波波场模拟[D];中国石油大学(北京);2018年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 卢小兵;张首晟教授获“欧洲物理奖”[N];新清华;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978