论文部分内容阅读
光子自旋霍尔效应(Photonic spin Hall effect,PSHE)是指有限尺寸的偏振光束在界面发生折射和反射时,其左旋分量和右旋分量会在垂直于折射率梯度的方向上发生相向分裂的现象。该自旋分裂通常为几十到几百纳米(亚波长量级)。PSHE为操控光子提供了新的途径,在纳米光学、量子信息和半导体物体方面具有重要的应用前景。PSHE源于光的自旋-轨道相互作用,其自旋分裂位移的大小与反射界面介质的光学参数以及入射光的特性紧密相关。因此,其也非常适合用于表征纳米尺度的材料属性和入射光束的特征参数。但现有的PSHE的理论模型,及其弱测量模型在完整性和通用性方面都存在一定的问题,需要对PHSE的理论和弱测量模型进行修正和拓展,才能发挥其在各领域内的巨大潜力。基于上述背景,本课题主要完成了如下研究工作:1.基于经典电动力学理论,建立了线性偏振高斯光束在非吸收性介质界面(折射率为实数)反射时的PSHE修正模型,解决了以往的PSHE模型或在布儒斯特角处无法适用,或者仅适用于入射光束为水平和垂直偏振,或者仅描述空间自旋分裂位移,未描述角自旋分裂位移等问题。搭建了PSHE测量系统,并实验验证了该模型的正确性。2.建立了水平偏振高斯光束在吸收性介质界面(折射率为复数)反射时的PSHE模型。基于此模型,研究了表面等离子体共振和长程表面等离子体共振对位置空间和角谱空间中的自旋分裂的增强作用。该模型为利用PSHE测量吸收性介质的属性(折射率、厚度和磁性常数等参数)提供了理论基础。3.建立了可以测量吸收性/非吸收性介质界面反射时的PSHE的弱测量理论模型。解决了以往PSHE弱测量模型仅在反射界面为非吸收介质(折射率为实数)时才适用的问题,并实验验证了该弱测量模型的正确性。4.基于所建立的PSHE的弱测量模型,开展了利用PSHE的弱测量放大位移测量纳米级金属薄膜厚度的研究。经实验验证,该测量方法合理可行,测量结果准确可信。