Блог

Apr 01, 2023

Управление сдвигом Холла оптического спина по фазе

Научные отчеты, том 5,

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 13900 (2015) Цитировать эту статью

1339 Доступов

8 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Спиновый эффект Холла света представляет собой зависимое от спина поперечное смещение оптического луча, распространяющегося по искривленной траектории, где градиент показателя преломления играет роль электрического поля в спиновом эффекте Холла твердотельных систем. Чтобы наблюдать оптический сдвиг Холла спина при рефракции, происходящей на границе раздела воздух-стекло, был необходим метод усиления, такой как квантово-слабое измерение. В метаповерхности с разрывом фазы (PMS) происходит быстрое изменение фазы вдоль метаповерхности на субволновом расстоянии, что приводит к большому градиенту показателя преломления для преломленного луча, что позволяет напрямую обнаруживать холловский сдвиг оптического спина без усиления. Здесь мы определяем, что относительный сдвиг Холла оптического спина зависит от угла падения при PMS, и демонстрируем контроль смещения Холла оптического спина путем построения измерения слабых значений с переменным фазовым запаздыванием в постселекции. Возможность управления оптическим сдвигом Холла спина обеспечивает настраиваемую прецизионную метрологию, применимую к наноразмерной фотонике, такой как передача углового момента и зондирование.

Согласно описанию Максвелла, поперечность является фундаментальным свойством электромагнитной волны. В оптическом луче, распространяющемся по искривленной траектории, трансверсальность приводит к спин-орбитальному взаимодействию, которое является одним из примеров гамильтонианов взаимодействия, связывающих медленные и быстрые системы. Соединение медленных и быстрых систем приводит к взаимным эффектам действия и противодействия между двумя системами, которые последовательно описываются с точки зрения фазы Берри и кривизны1,2. Кроме того, наличие вырожденной точки в законе дисперсии энергии-импульса света позволяет ввести топологический магнитный монополь при описании спин-орбитального взаимодействия3,4.

При спин-орбитальном взаимодействии оптического луча по искривленной траектории траектория луча и оптический спин соответствуют медленной и быстрой системам соответственно. Вращение света в плоскости поляризации вдоль спирального оптического волокна происходит в результате влияния искривленной траектории луча (медленного) на оптический спин (быстрого), что является проявлением фазы Берри в поляризации света5. С другой стороны, влияние оптического спина (быстрого) на искривленную траекторию луча (медленного) приводит к зависимому от спина поперечному смещению центра тяжести оптического луча, т.е. спиновому эффекту Холла света (SHEL)6,7. Траектория луча описывается силой Лоренца в пространстве импульсов , где – градиент показателя преломления, – кривизна Берри топологического магнитного монополя, связанная с оптическим лучом со спином λ8,9,10.

На границе раздела воздух-стекло величина недостаточно велика, и чтобы получить изображение, показывающее поперечный сдвиг Холла оптического спина, необходимо было использовать умножающую призму, чтобы иметь несколько полных внутренних отражений7. В случае рефракции на границе раздела воздух-стекло прямое обнаружение спин-зависимого поперечного сдвига оказалось невозможным, и для наблюдения был принят метод слабого усиления измерений, где для усиления оптического спина Холла используется почти скрещенный поляризатор/анализатор. сдвиг посредством квантово-слабого измерения11,12.

Прямое наблюдение холловского сдвига оптического спина в дальней зоне было реализовано в искусственных оптических структурах, таких как массив плазмонных прямоугольных апертур и диэлектрические градиентные метаповерхности13,14. Напротив, в метаповерхности с разрывом фазы (PMS), состоящей из массива V-образных антенн, быстрое изменение фазы вдоль метаповерхности на субволновом расстоянии приводит к большому градиенту показателя преломления для кросс-поляризованного рассеяния света15. Величина поперечного сдвига SHEL составляет порядка нескольких сотен нанометров в ближнем ИК-диапазоне спектра, что было обнаружено напрямую, без использования метода слабого усиления измерений16.