矢量光束产生的类自旋霍尔效应

【作者】 刘圣； 李鹏； 章毅； 赵建林；

【机构】 西北工业大学理学院陕西省光信息技术重点实验室空间材料物理与化学教育部重点实验室；

【摘要】 矢量光束是一类偏振态具有空间非均匀分布的光波模式,其中柱矢量光束是最为典型的一类。柱矢量光束在紧聚焦条件下会产生独特的聚焦效应,例如纵向偏振分量、超小尺寸的焦斑、自旋-轨道耦合等。甚至在二元光学衍射元件的调制下可以形成多样化的焦斑,包括光笼、光链等。这些传输特性及相关应用使得矢量光束的研究得到了大量的关注。本文介绍了两种通过矢量光束产生的光子自旋分离现象——即光子自旋霍尔效应(SHEL)。首先,研究了矢量涡旋光束在通过扇形挡板调制后,在其自由传输过程中产生的自旋分离。通过光束的角频谱衍射理论阐明了自旋分离的物理过程,由此半定量地描述了自旋分离随结构参数,如偏振拓扑荷、传输距离等的变化规律,并实现了自旋的非对称分离。其次,讨论了线偏振高斯光束经非均匀偏振调制后形成的自旋分离。通过分析偏振调制过程中产生的Pancharatnam-Berry(PB)相位,实现了与自旋相关的光束发散和会聚,并由此观察了光束纵向的类自旋霍尔效应,即光束在传播方向上发生自旋分离,会聚在不同的传输距离处。通过将纵向和横向SHEL相结合,实验实现了自旋态在三维坐标方向的可控分离。更多还原