近年来,一种有趣的现象已经吸引了研究者们的广泛关注,它被称为光子自旋霍尔效应。光子自旋霍尔效应可以看成是电子自旋霍尔效应的类比。它的物理机制是不同物理系统中的自旋-轨道相互作用,即光子自旋与其空间自由度之间的相互耦合。迄今为止,光子自旋霍尔效应被广泛研究在不同的物理系统中,如:光物理、半导体物理、表面等离子体物理等。然而,大多数研究只是基于不同物理系统中光子自旋霍尔效应的理论预测和实验测量,很少研究其实际应用上。实际上,光子自旋霍尔效应产生的自旋位移可以提供光学界面的重要信息,且非常敏感。因此,对于精密测量方面,它拥有隐藏的应用价值。利用弱测量技术可以观察到微小的偏移,从而确定相应的物理参数。同时,它可获得理想的精度。例如,光子自旋霍尔效应可用于测量介质厚度、识别石墨烯层数、检测强度。本文提出利用光子自旋霍尔效应来精密探测传感介质的折射率的变化,设计出一种基于光子自旋分裂的折射率传感器,具体研究内容如下:(1)从理论上提出了一种基于光子自旋霍尔效应的折射率传感器。建立了基于光子自旋霍尔效应的折射率传感器模型。研究发现,通过检测该传感器结构中初始的微小自旋相关位移可以准确地判断传感介质折射率的变化,从而确定相应的生物分子浓度。研究发现该传感器不仅拥有高灵敏度,而且还可以拥有很好的信噪比。(2)从理论上提出消除平面内波矢分量方法来进一步提高基于光子自旋霍尔效应折射率传感器的灵敏度。在这项研究中,提出了一种简单而高敏感的基于光子自旋霍尔效应的折射率传感模型。研究发现通过减小平面内波矢分量,自旋位移可以得到极大的放大。重要的是,该模型在保持高灵敏度的同时,可以推广到传感介质的折射率变化较广的范围。以上发现进一步论证了基于光子自旋霍尔效应精密传感技术的可行性,同时也为发展基于自旋的纳米光子器件提供了理论指导,具有较好的科学意义。