球型体系的光自旋霍尔效应

论文摘要

光的自旋-轨道相互作用在任何光学系统中都是普遍存在的,但是光的自旋-轨道相互作用在介电颗粒中通常很弱。本文表明,利用具有对偶对称性的介电颗粒和核-壳纳米颗粒可以实现自旋轨道耦合的增强,从而增强散射光的自旋霍尔位移。具体的研究内容分为以下几个方面:1.对偶对称球体中光自旋霍尔效应的增强自旋-轨道耦合作用在等离子体系中能够得到增强,但是在介电粒子中还是很弱。本文揭示了自旋霍尔位移与对偶对称性的关系,并且发现由具有高折射率的介电颗粒激发的电偶极子和磁偶极子在增强自旋霍尔位移中扮演了十分重要的角色。另外,我们还通过轨道角动量的光学奇点证明了强自旋-轨道耦合的存在。这些结果对介电光学器件的开发具有潜在的应用价值,如光学传感和操纵亚波长纳米粒子。2.利用核-壳纳米粒子在宽频带内实现自旋霍尔效应的增强我们利用核壳纳米粒子演示了如何在宽频带内增强自旋霍尔效应。在核-壳纳米结构中,电偶极子和磁偶极子可以被自由调控,并在宽带光谱中同时被激发,从而产生具有稳定性的强自旋霍尔效应。此外,利用电偶和电四极子的耦合,在前散射方向和背散射方向同时增强自旋霍尔位移。最后对远场和近场的数值模拟也验证了光的强自旋-轨道耦合作用。我们的工作为探测自旋霍尔效应在超分辨率成像和自旋相关位移测量中的应用提供了一种新的方法。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 自旋-轨道耦合的概述及其应用
•     1.1.1 自旋-轨道耦合概述
•     1.1.2 自旋-轨道耦合的应用
•   1.2 光自旋霍尔效应及其应用
•     1.2.1 光自旋霍尔效应概述
•     1.2.2 光自旋霍尔效应的应用
•   1.3 球型颗粒中的自旋霍尔效应
•   1.4 本课题的工作
•   参考文献
• 第二章 对偶对称球体中光自旋霍尔效应的增强
•   2.1 前言
•   2.2 自旋霍尔位移与对偶对称的关系
•     2.2.1 利用转换方程计算系统的对偶对称性
•     2.2.2 准对偶对称与反对偶对称条件下的自旋霍尔位移
•   2.3 自旋轨道耦合与自旋霍尔位移关系的研究
•   2.4 几何相位梯度与自旋霍尔效应的研究
•   2.5 轨道角动量光学奇点与自旋霍尔位移效应的研究
•   2.6 本章小结
•   参考文献
• 第三章 利用核壳纳米粒子来增强自旋霍尔效应
•   3.1 前言
•   3.2 理论计算
•   3.3 分析讨论
•     3.3.1 具有电偶极子项的小颗粒
•     3.3.2 电偶极子和磁偶极子的耦合
•     3.3.3 电偶极子和电四极子的耦合
•   3.4 数值模拟
•     3.4.1 通过电偶极子和磁偶极子的耦合来拓宽自旋霍尔位移共振范围
•     3.4.2 通过电偶极子和电四极子的耦合来双重地增强自旋霍尔位移
•   3.5 本章小结
•   参考文献
• 第四章 总结
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文及科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 施然

导师: 高雷

关键词: 自旋角动量,轨道角动量,自旋轨道耦合,光自旋霍尔效应

来源: 苏州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 苏州大学

分类号: O469

DOI: 10.27351/d.cnki.gszhu.2019.001236

总页数: 64

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