光子自旋霍尔效应测量装置及测量方法与流程

本发明属于光学仪器技术领域，涉及一种用于光子自旋霍尔效应的光学测量仪，具体涉及一种光子自旋霍尔效应测量装置及测量方法。

背景技术：

十九世纪，美国物理学家霍尔发现导体中运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用，在垂直于电流和磁场方向的导体两侧会出现电势差，这种现象被认为称为霍尔效应。经典霍尔效应被发现之后的一百多年，反常霍尔效应、整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、自旋霍尔效应等又相继被发现，它们构成了一个霍尔效应家族。最近几年，一种新型的霍尔效应——光子自旋霍尔效应引起人们的强烈兴趣。

光子自旋霍尔效应是指一束线偏振光在存在折射率梯度的非均匀介质中传输时，由于自旋轨道耦合的作用，自旋方向相反的光子(左旋和右旋)沿着垂直于折射率梯度的方向朝相反方向发生横向分离，从而导致光束分裂呈两束圆偏振光并分居在传输光束截面的两侧。最后分裂的两束圆偏振光相对于坐标原点的距离被称之为自旋位移。

然而光子自旋是一种十分微弱的物理效应，其所产生的自旋位移值只有约几十纳米，测量这么微小的分裂值就成为了一个棘手问题。目前没有一套实验仪器可以演示光子自旋的物理现象，尤其在教学上，教师都只是通过教材或者文献从理论上向学生讲解光子自旋的概念，并没有与之相配套的实验仪器进行实验教学。

光子作为当今时代信息和能量的重要载体，在近代物理学与信息科学中占有重要的地位，而光子自旋霍尔效应是一种潜在的精密测量工具，其在探测微结构材料结构参数变化的研究中具有重要的物理意义。因此，研制新型的光子学器件，直观的展示光子自旋霍尔效应对于科研和教学均具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的旨在针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种光子自旋霍尔效应测量装置，通过该装置不仅可以直观的观测到光子自旋分裂实验现象，还可以精确测量出光子自旋分裂的大小，便于实验教学和光子自旋霍尔效应的科学研究。

本发明的另一目的旨在提供一种光子自旋霍尔效应测量方法。

为达到上述目的，本发明提供的光子自旋霍尔效应测量装置，包括底座、载物台、读数装置、光臂组件以及光路组件；

所述底座的中心位置设有转动连接的中心轴，所述载物台及读数装置均安装于中心轴上；所述载物台固定安装于中心轴的上端并可随中心轴转动，所述读数装置套设于中心轴上并位于载物台的下方；

所述读数装置包括与中心轴固定连接的内转盘以及套设在内转盘外的刻度圆盘；刻度圆盘沿中心轴转动；刻度圆盘上设计有刻度；

所述光臂组件包括入射光臂、反射光臂、光臂架ⅰ和光臂架ⅱ以及若干光具座，所述入射光臂和反射光臂分别沿水平方向安装于光臂架i和光臂架ii上；光臂架ⅰ的下端与底座固定连接，光臂架ⅱ的下端与读数装置的刻度圆盘固定连接，且与中心轴转动连接，入射光臂与光臂架ⅰ上端面之间和反射光臂与光臂架ⅱ上端面之间均设置有调节定位机构，调节定位机构用于调节并定位入射光臂与光臂架ⅰ之间、反射光臂与光臂架ⅱ之间的俯仰角度；入射光臂、反射光臂上分别安装若干光具座，所述光具座与入射光臂/反射光臂滑动连接；

所述光路组件包括可形成光子自旋霍尔效应测量光路的入射光路光学元件组件、棱镜以及出射光路光学元件组件，所述入射光路光学元件组件安装于入射光臂的光具座上，棱镜安装于载物台上，出射光路光学元件组件安装于反射光臂的光具座上。

上述光子自旋霍尔效应测量装置，光臂架ⅰ和光臂架ⅱ主要用于安装入射光臂和反射光臂，入射光臂和反射光臂分别用于安装入射光路光学元件组件和出射光路光学元件组件。根据入射光和出射光的实际光路，入射光路光学元件组件和出射光路光学元件需要调整相应的角度，因而与光臂架ⅰ、光臂架ⅱ的入射光臂和反射光臂其中之一需要可旋转，以便于角度调节，再通过刻度圆盘读出入射光臂和反射光臂之间的夹角角度。本发明中，根据实际的操作便捷性，以安装有出射光路光学元件的光臂架ⅱ作为可旋转支架进行角度。光臂架ⅰ和光臂架ⅱ的具体结构和固定方式可以根据实际情况进行合理设计。

优选地，所述光臂架ⅰ包括光臂支架ⅰ和制动架ⅰ，所述光臂支架ⅰ呈l型结构，包括沿竖直方向的垂向梁ⅰ以及与垂向梁i沿长度方向固连的l型支架i；垂向梁i的下端与底座固定连接，调节定位机构安装于入射光臂和光臂支架ⅰ上端面之间，使入射光臂与光臂支架ⅰ之间的俯仰角度可调节并定位；所述制动架ⅰ的一端套设于载物台以下的中心轴上，其另一端与光臂支架ⅰ的中部固定连接，所述制动架ⅰ上沿垂直于中心轴的方向上安装有止动螺钉ⅰ，其依次穿设垂向梁i和制动架i本体与中心轴抵接，用于锁紧读数装置的内转盘。制动架ⅰ上沿垂直方向安装有止动螺钉ⅱ，止动螺钉ⅱ沿垂直方向穿过制动架i与读数装置的刻度圆盘抵接，用于锁紧刻度圆盘。

需要说明的是，制动架ⅰ主要作用是安装止动螺钉ⅰ和止动螺钉ⅱ，从而便于内转盘及刻度圆盘在实验过程中进行锁紧，避免因操作中的碰撞导致载物台与刻度圆盘转动影响实验准确性。内转盘与刻度圆盘的锁紧方式并不限于前述方式，也可以采用本领域中其它常规的锁紧设计，如：将在内转盘的下部或上部(即沿垂直于内转盘的方向)通过支撑架安装止动螺钉，通过旋拧止动螺钉抵接内转盘同样可达到锁紧载物台的目的；刻度转盘可以设计一体结构的轴套，通过和前述内转盘相同的锁紧方式来锁紧轴套，从而锁紧刻度圆盘。

进一步优选地，所述光臂架ⅱ包括光臂支架ⅱ和制动架ⅱ，所述光臂支架ⅱ呈l型结构，包括沿竖直方向的垂向梁ⅱ以及与垂向梁ii沿长度方向固连的l型支架ii；调节定位机构安装于反射光臂和光臂支架ii上端面之间，使反射光臂与光臂支架ii之间的俯仰角度可调节并定位；所述制动架ii呈环状结构，套设于与中心轴同轴固定的轴套上并可沿中心轴转动，光臂支架ii的下端与制动架ii的侧面固定连接；所述制动架ii上沿垂直于中心轴的方向上安装有止动螺钉iii，止动螺钉iii由制动架ii的外侧面旋入并穿过轴承与中心轴抵接，用于锁紧制动架ii。光臂支架ⅱ的垂向梁ii进一步与套设于轴承上的底座圆盘固定连接；同时底座圆盘与读数装置的刻度圆盘固定连接。

上述光子自旋霍尔效应测量装置，所述调节定位机构的主要作用是调整入射光臂或反射光臂的俯仰角度，从而满足实验设计的入射光或出射光的光路。调节定位机构可以采用本领域常规的俯仰角度调整设计结构。在本发明中调节定位机构优选包括连接件、水平调节螺钉、俯仰角调节螺钉，所述连接件固定设置于入射光臂/反射光臂靠近棱镜的一端的下端面，并通过水平调节螺钉将连接件与垂向梁i或垂向梁ii的上端端部开设的卡槽嵌合并固定连接，所述俯仰角调节螺钉沿垂直于入射光臂/反射光臂的方向安装于l型支架i或l型支架ii远离载物台的一端的下端面，通过控制入射光臂/反射光臂与光臂支架i/光臂支架ii之间螺杆的长度即可调节俯仰角度。

为了能够从入射光臂/反射光臂两端对其俯仰角进行调整，在优选实现方式中，光臂支架i和光臂支架ⅱ可以替换为以下结构：光臂支架i和光臂支架ii呈三角形结构，入射光臂/反射光臂位于光臂支架i/光臂支架ii水平部分的上方，通过位于入射光臂/反射光臂下端面的连接件经水平调节螺钉固定，且入射光臂/反射光臂两端通过安装于光臂支架i/光臂支架ii水平部分的俯仰角调节螺钉可沿垂向移动。

上述光子自旋霍尔效应测量装置，光具座与入射光臂/反射光臂滑动连接是为了便于调节安装于光具座上的光路组件之间的间距调节。具体的滑动连接方式并没有特殊的限制，可以采用本领域中常规的结构设计。本发明中，所述光具座优选包括光具座本体和滑块，所述光具座本体固定安装于滑块上，所述滑块与入射光臂/反射光臂滑动连接。滑块和光具座本体既可以为一体成型结构，也可以为分体式结构，采用分体式结构时可通过螺栓等固定方式进行连接。进一步地，作为滑动连接的实施方式之一：入射光臂/反射光臂整体呈截面为等腰梯形的长条形结构，沿入射光臂/反射光臂长度方向于其两侧面开设有凹槽，所述凹槽位于等腰梯形的中部位置；所述滑块上开设有与入射光臂/反射光臂截面形状相适配的通槽，通过通槽将滑块卡置于入射光臂/反射光臂上从而使滑轨可沿入射光臂/反射光臂来回移动。作为滑动连接的另一种实施方式：入射光臂/反射光臂整体呈长条形结构，并沿长度方向开设有滑轨槽，滑轨槽整体呈长条形结构，两侧槽臂上具有截面呈半圆形的滑轨，滑块的两侧面对应滑轨位置处开设有截面呈半圆形的凹槽，通过滑块上的凹槽将滑块卡放置滑轨槽内即可使滑块沿滑轨来回移动。值得说明的是，光具座(滑块)与入射光臂/反射光臂滑动连接方式并不限于前述实施方式，也可以采用本领域中其它常用滑动连接结构。

上述光子自旋霍尔效应测量装置，所述载物台的主要作用是放置光路组件中的棱镜，其可以围绕中心轴转动以便于调整入射光的入射角度。在满足上述功能及作用的前提下，载物台的具体结构根据实际情况进行合理设计。优选地，所述载物台包括载物平台、轴套以及若干调平螺钉，所述轴套的上部呈倒圆台结构，调平螺钉沿竖直方向从轴套的上部旋入并与位于轴套上方的载物平台螺纹连接，通过调平螺钉可调节载物平台台面的倾斜度。调平螺钉并非必要部件，也可以不设置。

值得进一步说明的是，本发明提供的光子自旋霍尔效应测量装置，其创新点在于装置整体结构本身，通过该装置可以直接的演示光子自旋现象并测量光子自旋位移。在现有研究中，光子自旋霍尔效应在折射和反射中均已可以被观察和测量，但却目前并没有一套专门实验仪器配合光路组件演示光子自旋的物理现象。因此，对于本发明而言，具体需要采用的光路组件并没有特殊的限制，所述光路组件所组成的光路可以采用本领域常用的光子自旋霍尔效应的测量光路。本发明中，所述入射光路光学元件组件包括光发生装置、光束选择器ⅰ、偏振态选择器ⅰ，所述出射光路光学元件组件包括偏振态选择器ⅱ、光束选择器ⅱ以及光接收装置，所述棱镜安装于载物台上，以载物台上的棱镜为中心，光发生装置、光束选择器ⅰ、偏振态选择器i依次安装于入射光臂的光具座上，偏振态选择器ii、光束选择器ⅱ、光接收装置依次安装于反射光臂的光具座上。测量光束在布鲁斯特角附近反射时的光子自旋霍尔效应。

上述光子自旋霍尔效应测量装置，所述光发生装置为光源发生器，用于提供偏振光源，可以为激光器、激光二极管、超辐射发光二极管、白光发光器或量子光源发生器等。所述光接收装置为光电探测器，所述光电探测器可以为实现弱光探测的ccd图像传感器、电荷耦合元件、光谱仪、光电倍增管、位置敏感探测器或四象限探测器等。

上述光子自旋霍尔效应测量装置，所述偏振态选择器ⅰ和偏振态选择器ⅱ用于选择实验需要的光束偏振态，偏振态选择器ⅰ和偏振态选择器ⅱ结构可以相同或不同，通常可以采用偏振片、偏振器或偏振器与四分之一波片、相位补偿器组合中的一种，所述偏振器为格兰激光偏光棱镜或偏振分光镜。本发明中偏振态选择器ⅰ和偏振态选择器ⅱ均优选为偏振片。进一步地，所述光束选择器ⅰ和光束选择器ⅱ主要用于聚焦或准直光束，光束选择器ⅰ和光束选择器ⅱ的结构可以相同或不同，为单个透镜或多个透镜做成的透镜组。本发明中光束选择器ⅰ和光束选择器ⅱ均优选为单个透镜。

本发明进一步提供了一种光子自旋霍尔效应测量方法，采用上述测量装置按照以下步骤进行：。

s1、先将光发生装置射出的准直光照射到偏振态选择器i上，并将棱镜放置在载物台上，然后通过旋转偏振态选择器ⅰ，找到沿水平方向的偏振光，即h光；

s2、之后在偏振态选择器i和棱镜之间放置光束选择器i并调整光束选择器i的位置，使载物台上的棱镜处于光束选择器i的焦距上；

s3、左右旋转载物台寻找反射光斑最弱的位置即为布鲁斯特角的入射点，此时固定入射光臂上的光学元件以及载物台；

s4、在反射光臂上依次加入偏振态选择器ⅱ、光束选择器ⅱ以及光接收装置，并通过调整反射光臂让反射光斑通过各个光学元件的中心位置；

s5、调节光束选择器ⅱ，使其与光束选择器i组成一个共焦腔，并旋转反射光臂上的偏振态选择器ⅱ，使其与偏振态选择器ⅰ处于正交位置，此时在光接收装置上得到分裂成两束圆偏振光的光斑，基于光接收装置得到的两束圆偏振光的光斑精确测量出自旋分裂的大小。

本发明提供的光子自旋霍尔效应测量装置及测量方法具有以下有益效果：

(1)本发明提供的光子自旋霍尔效应测量装置，通过设置底座、载物台、读数装置、光臂组件以及光路组件，由可旋转的载物台和光臂组件来承载光路组件，由此可以便捷的形成光子自旋霍尔效应的测量光路，直观地展示出光子自旋现象并测量出光子自旋位移，尤其适用于实验教学。

(2)本发明提供的光子自旋霍尔效应测量装置，其光臂组件由入射光臂、反射光臂、光臂架ⅰ、光臂架ⅱ以及若干光具座，光具座与入射光臂/反射光臂滑动连接，因而使安装于光具座上的光路组件可以根据实际光路设计要求调节相互的间距；反射光臂通过光臂架ⅱ与底座上的中心轴(中心轴)转动连接，因而入射光路和出射光路也可以根据设计要求灵活调整；此外，通过在光臂(入射光臂/反射光臂)和光臂架(光臂架ⅰ/光臂架ⅱ)之间设置调节定位机构，使光臂和光臂架之间的俯仰角也可调整；因而，该装置本身可以适用于多种光子自旋霍尔效应测量光路，具有良好的适应性和很强的实用性。

(3)本发明提供的光子自旋霍尔效应测量装置，其优选采用的光子自旋霍尔效应测量光路为由光发生装置、偏振态选择器ⅰ、光束选择器ⅰ、棱镜、光束选择器ⅱ、偏振态选择器ⅱ以及光接收装置形成的光路，测量光束在布鲁斯特角附近反射时的光子自旋霍尔效应，光路组成器件简单便于调节，通过本领域常用的光接收装置(如图像传感器)即可精确测量出自旋分裂位移的大小。

(4)本发明提供的光子自旋霍尔效应测量装置，整体而言，结构设计巧妙，便于操作，能够有效实现光子自旋分裂现象的观察以及自旋分裂位移大小的精确测量，填补了光子自旋霍尔效应实验观测仪器的空白，值得推广应用。

附图说明

图1是实施例1中光子自旋霍尔效应测量装置结构示意图；

图2是实施例1中光子自旋霍尔效应测量装置正视图；

附图标记说明：1a、底座；2a、载物台；21a、载物平台，22a、轴套；3a、读数装置；31a、内转盘；32a、刻度圆盘；4a、光臂组件；41a、入射光臂；42a、反射光臂；43a、光臂架ⅰ；431a、制动架ⅰ；432a、止动螺钉ⅰ；433a、止动螺钉ⅱ；44a、光臂架ⅱ；441a、制动架ⅱ；442a、止动螺钉ⅲ；443a、底座圆盘；45a、光具座；5a、光路组件；51a、激光器；52a、透镜ⅰ；53a、偏振片ⅰ；54a、偏振片ⅱ；55a、透镜ⅱ；56a、ccd图像传感器。

图3是实施例2中光子自旋霍尔效应测量装置结构示意图；

图4是实施例2中光子自旋霍尔效应测量装置正视图；

附图标记说明：1b、底座；2b、载物台；21b、载物平台；22b、轴套；3b、读数装置；31b、内转盘；32b、刻度圆盘；4b、光臂组件；41b、入射光臂；42b、反射光臂；43b、光臂架ⅰ；431b、光臂支架i；4311b、横梁i；4312b、横梁iii；4313b、垂向梁i；4314b、加强筋i；432b、制动架ⅰ；433b、止动螺钉ⅰ；434b、止动螺钉ⅱ；44b、光臂架ⅱ；441b、光臂支架ii；4411b、横梁ii；4412b、横梁iv；4413b、垂向梁ii；4414b、加强筋ii；442b、制动架ⅱ；443b、止动螺钉ⅲ；45b、光具座。

具体实施方式

以将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明。

实施例1

本实施例提供的光子自旋霍尔效应测量装置，如图1-2所示，包括底座1a、载物台2a、读数装置3a、光臂组件4a以及光路组件5a。

底座1a为三角底座，其中心位置设有与底座转动连接的中心轴。载物台2a及读数装置3a均安装于中心轴上。

载物台2a包括载物平台21a、轴套22a以及三个调平螺钉。轴套22a的上部呈倒圆台结构。调平螺钉沿竖直方向从轴套的上部(倒圆台结构的侧面)旋入并与位于轴套上方的载物平台螺纹连接，通过调平螺钉可调节载物平台台面的倾斜度。载物台2a通过轴套套设并固定安装于中心轴的上端，并可随中心轴转动。

读数装置3a包括内转盘31a和刻度圆盘32a。内转盘31a套设于中心轴上且与中心轴固连，内转盘并位于载物台2a的下方。刻度圆盘32a为圆环盘，其套设于内转盘31a的外侧，刻度圆盘32a可沿中心轴转动。刻度圆盘上设计有沿周向均匀分布的刻度。

光臂组件4a包括入射光臂41a、反射光臂42a、光臂架ⅰ43a、光臂架ⅱ44a以及六个光具座45a。

入射光臂41a和反射光臂42a结构相同，整体呈截面为等腰梯形的长条形结构，沿入射光臂41a/反射光臂42a长度方向于其两侧面开设有凹槽，凹槽位于等腰梯形的中部位置。光具座45a安装于入射光臂和反射光臂上，用于安装光路组件5a。光具座45a包括光具座本体和滑块，光具座本体固定安装于滑块上。于入射光臂41a和反射光臂42a上分别安装三个光具座45a。滑块上开设有与入射光臂41a/反射光臂42a截面形状相适配的通槽，通过通槽将滑块卡置于入射光臂41a/反射光臂42a上凹槽内，从而使滑块可沿入射光臂/反射光臂来回移动。

光臂架ⅰ43a包括光臂支架ⅰ和制动架ⅰ431a。

光臂支架ⅰ呈横置的l型结构，包括沿竖直方向的垂向梁ⅰ以及与垂向梁i沿长度方向固连的l型支架i。垂向梁ⅰ的下端与底座1的三个支撑角之一固定连接。入射光臂41a固定于光臂支架ⅰ的上方，入射光臂41a和l型支架ⅰ之间安装有调节定位机构，使入射光臂41a与光臂支架ⅰ之间的俯仰角度可调节并定位。调节定位机构包括连接件、水平调节螺钉、俯仰角调节螺钉。在本实施例中，连接件呈块体结构。连接件固定设置于入射光臂41a靠近载物台2a的一端的下端面，通过水平调节螺钉将其与垂向梁ⅰ的上端端部开设的卡槽嵌合并固定。俯仰角调节螺钉沿垂直于入射光臂41a的方向安装于光臂支架ⅰ的l型支架ⅰ水平部分远离载物台2a的一端。为了对俯仰角调节螺钉进行定位，可以在l型支架ⅰ上设置垫块，俯仰角调节螺钉穿过垫块与入射光臂下端面抵接。当需要调节俯仰角度时，拧松水平调节螺钉，再调整俯仰角调节螺钉，使入射光臂与光臂支架i之间的俯仰角调整至满足设定要求；调整好后，拧紧水平调节螺钉即可。

制动架ⅰ431呈水滴形平板结构。制动架i431a一端套设于载物台2a以下的中心轴上，制动架i431a另一端穿入垂向梁i中部，并由两颗螺钉从垂向梁ⅰ的两侧面旋入，将制动架ⅰ431a与光臂支架ⅰ固定连接。制动架ⅰ431a上进一步设置有止动螺钉i432a和止动螺钉ii433a。止动螺钉i432a沿水平方向依次穿设垂向梁i和制动架i与中心轴抵接，用于锁紧读数装置的内转盘31a。止动螺钉ii433沿垂直方向穿过制动架ⅰ431与读数装置的刻度圆盘32a抵接，用于锁紧刻度圆盘32a。

光臂架ⅱ44a包括光臂支架ⅱ和制动架ⅱ441a。

光臂支架ⅱ呈横置的l型结构，包括沿竖直方向的垂向梁ⅱ以及与垂向梁ii沿长度方向固连的l型支架ii。反射光臂42a固定于光臂支架ⅱ的上方，在反射光臂42a和光臂支架ⅱ的横梁ⅱ之间安装有调节定位机构，使入射光臂41a与光臂支架ⅱ之间的俯仰角度可调节并定位。此处调节定位机构与入射光臂41a与光臂支架ⅰ之间调节定位机构结构完全相同，包括连接件、水平调节螺钉、俯仰角调节螺钉。在本实施例中，连接件呈块体结构。连接件固定设置于反射光臂42a靠近载物台2a的一端的下端面，通过水平调节螺钉将其与垂向梁ⅱ的上端端部开设的卡槽嵌合并固定。俯仰角调节螺钉沿垂直于反射光臂42a的方向安装于光臂支架ⅱ的l型支架ⅱ水平部分远离载物台2a的一端。为了对俯仰角调节螺钉进行定位，可以在l型支架ⅱ上设置垫块，俯仰角调节螺钉穿过垫块与反射光臂下端面抵接。当需要调节俯仰角度时，拧松水平调节螺钉，再调整俯仰角调节螺钉，使反射光臂42与光臂支架ii之间的俯仰角调整至满足设定要求，调整好后，拧紧水平调节螺钉即可。

制动架ⅱ441a呈环状结构，其套设于与中心轴同轴固定的轴承上，并可沿中心轴转动。垂向梁ⅱ的下端与制动架ⅱ441a的侧面通过螺钉连接。制动架ⅱ441上沿垂直于中心轴的方向上还安装有止动螺钉ⅲ442a，止动螺钉ⅲ442a由制动架ⅱ441a的外侧面旋入并穿过轴承与中心轴抵接，用于锁紧制动架ⅱ441a。光臂支架ⅱ的垂向梁ⅱ还进一步与套设于轴承上的底座圆盘443a固定连接，使垂向梁ⅱ得到有效支撑；同时底座圆盘与读数装置的刻度圆盘固定连接；当转动反射光臂时，读数装置的刻度圆盘随之转动，从而实现对入射光臂与反射光臂之间夹角的精确定位。

光路组件5a包括可形成光子自旋霍尔效应测量光路的入射光路光学元件组件、三棱镜以及出射光路光学元件组件。入射光路光学元件组件安装于入射光臂41a的光具座45a上，棱镜安装于载物台上，出射光路光学元件组件安装于反射光臂42a的光具座45a上。

入射光路光学元件组件包括激光器51a、透镜i52a、偏振片ⅰ53a，反射光路光学元件组件包括偏振片ⅱ54a、透镜ⅱ55a以及ccd图像传感器56a，以载物台2上的三棱镜为中心，激光器51a、透镜ⅰ52a、偏振片i53a安装于入射光臂41a的光具座45a上，偏振片ⅱ54a、透镜ⅱ55a以及ccd图像传感器56a依次安装于反射光臂42a的光具座45a上。

在本实施例中，激光器功率为5mw。偏振片ⅰ和偏振片ⅱ为消光比20000：1的偏振片。透镜ⅰ为焦距为50cm的透镜，透镜ⅱ是焦距为300cm的透镜。光接收装置为ccd图像传感器。

以下对本实施例提供的光子自旋霍尔效应测量装置的操作方法进行说明，具体步骤如下：

s1、实验时先将激光器射出的准直光照射到偏振片ⅰ上，并将三棱镜放置在载物台上，然后通过旋转偏振片ⅰ，找到沿水平方向的偏振光(即h光)；

s2、h光后放置焦距为50cm的透镜ⅰ并调整透镜的位置，使载物台上的三棱镜处于透镜ⅰ的焦距上；

s3、左右旋转载物台寻找反射光斑最弱的位置即为布鲁斯特角的入射点，此时固定入射光臂上的各光学元件(即固定入射光)以及载物台(即固定三棱镜)；

s4、在反射光臂上依次加入偏振片ⅱ、透镜ⅱ以及ccd图像传感器，并通过调整反射光臂让反射光斑通过各个光学元器件的中心处；

s5、调节焦距为300cm的透镜ⅱ，使其与透镜ⅰ组成一个共焦腔，并旋转反射光臂上的偏振片ⅱ，使其与偏振片ⅰ处于正交，此时在ccd图像传感器上便能看到分裂成两束圆偏振光的光斑，同时利用ccd图像传感器的软件处理便可精确测量出自旋分裂的大小。

实施例2

本实施例提供的光子自旋霍尔效应测量装置，如图3-4所示，包括底座1b、载物台2b、读数装置3b、光臂组件4b以及光路组件(图3-4中未示出光路组件，可参见图1-2)。

底座1b为三角底座，其中心位置设有与底座转动连接的中心轴。载物台2b及读数装置3b均安装于中心轴上。

载物台2b包括载物平台21b和轴套22b。轴套21b。载物台2b通过轴套22b套设并固定安装于中心轴的上端，并可随沿中心轴转动。载物平台21b的调平结构这里未在图中给出，可以参见实施例1中的实现方式。

读数装置3b包括内转盘31b和刻度圆盘32b。内转盘31b套设于中心轴上且与中心轴固连，内转盘并位于载物台2b的下方。刻度圆盘32b为圆环盘，其套设于内转盘31b的外侧，刻度圆盘32b可沿中心轴转动。刻度圆盘上设计有沿周向均匀分布的刻度。

光臂组件4b包括入射光臂41b、反射光臂42b、光臂架ⅰ43b、光臂架ⅱ44b以及六个光具座45b。

光具座45b用于安装光路组件5b，光具座45b用于安装光路组件5b，光具座45b包括光具座本体和滑块，光具座本体固定安装于滑块上。于入射光臂41b和反射光臂42b上分别安装三个光具座45b。入射光臂41b和反射光臂42b结构相同，整体呈长条形结构，并沿长度方向开设有滑轨槽，滑轨槽整体呈长条形结构，两侧槽臂上具有截面呈半圆形的滑轨，滑块的两侧面对应滑轨位置处开设有截面呈半圆形的凹槽，通过滑块上的半圆形凹槽将滑块卡放置滑轨槽内即可使滑块沿滑轨来回移动。

光臂架ⅰ43b包括光臂支架ⅰ431b和制动架ⅰ432b。

光臂支架ⅰ431b包括横梁ⅰ4311b、横梁iii4312b、垂向梁ⅰ4313b和加强筋ⅰ4314b。横梁iii、垂向梁i和加强筋i构成三角支架，加强筋i两端分别与垂向梁ⅰ横梁iii和垂向梁i一端固定连接。垂向梁i的下端与底座1的三个支撑角之一固定连接，垂向梁i的上端开设有台阶槽，横梁iii的另一自由端嵌入台阶槽的底部。入射光臂41b位于光臂支架ⅰ的上方，入射光臂41b和光臂支架ⅰ通过横梁ⅰ及调节定位机构连接，使入射光臂41b与光臂支架ⅰ之间的俯仰角度可调节并定位。调节定位机构包括连接件、水平调节螺钉、俯仰角调节螺钉。在本实施例中，连接件整体呈块体结构，连接件固定设置于靠近载物台2b的一端的下端面，同时嵌入横梁i一端开设的卡槽内并经螺钉固定；横梁i固连连接件的一端设置于垂向梁i上端开设的台阶槽上，并通过水平调节螺钉固定。这里俯仰角调节螺钉数量为两个，分别安装于横梁iii的两端通孔内，其中一个与入射光臂一端抵接，另一个穿过横梁i后与入射光臂另一端抵接。当需要调节俯仰角度时，拧松水平调节螺钉，再调整其中一个或两个俯仰角调节螺钉，使入射光臂41b与光臂支架i之间的的俯仰角调整至满足设定要求，调整好后，拧紧水平调节螺钉即可。

制动架ⅰ432b呈水滴形平板结构。制动架i432b一端套设于载物台2b的轴套下部外径匹配的通孔，通过该通孔将制动架ⅰ432套设于载物台2以下的中心轴上，制动架ⅰ432b另一端穿入垂向梁ⅰ中部，并由两颗螺钉从垂向梁ⅰ的两侧面旋入将制动架ⅰ432b与光臂支架ⅰ固定连接。制动架ⅰ432b上进一步设置有止动螺钉ⅰ433b和止动螺钉ii434b。止动螺钉ⅰ433b沿水平方向依次穿设垂向梁i和制动架i本体与中心轴抵接，用于锁紧内转盘。止动螺钉ⅱ434b沿垂直方向穿过制动架ⅰ432b与读数装置的刻度圆盘抵接，用于锁紧刻度圆盘。

光臂架ⅱ44包括光臂支架ⅱ441b和制动架ⅱ442b。

光臂支架ⅱ441b包括横梁ⅱ4411b、横梁iv4412b、垂向梁ⅱ4413b和加强筋ⅱ4414b。横梁iv、垂向梁ⅱ和加强筋ⅱ构成三角支架，加强筋ⅱ两端分别与垂向梁ⅱ横梁iv和垂向梁ⅱ一端固定连接。垂向梁ⅱ的上端开设有台阶槽，横梁iv的另一自由端嵌入台阶槽的底部。反射光臂42b位于光臂支架ⅱ的上方，反射光臂42b和光臂支架ⅱ通过横梁ⅱ及调节定位机构连接，使反射光臂42b与光臂支架ⅱ之间的俯仰角度可调节并定位。调节定位机构包括连接件、水平调节螺钉、俯仰角调节螺钉。在本实施例中，连接件整体呈块体结构，连接件固定设置于靠近载物台2b的一端的下端面，同时嵌入横梁ⅱ一端开设的卡槽内并经螺钉固定；横梁ⅱ固连连接件的一端设置于垂向梁ⅱ上端开设的台阶槽上，并通过水平调节螺钉固定。这里俯仰角调节螺钉数量为两个，分别安装于横梁iv的两端通孔内，其中一个与反射光臂一端抵接，另一个穿过横梁ⅱ后与反射光臂另一端抵接。当需要调节俯仰角度时，拧松水平调节螺钉，再调整其中一个或两个俯仰角调节螺钉，使反射光臂与光臂支架ii之间的俯仰角调整至满足设定要求，调整好后，拧紧水平调节螺钉即可。

制动架ii442b呈弧度小于180°的弧形筒状结构，其套设于与中心轴同轴固定的轴承上，并可沿中心轴转动。光臂支架ⅱ的垂向梁ⅱ的下端与制动架ⅱ442b侧面经螺钉固定连接。制动架ⅱ442b上沿垂直于中心轴的方向上还安装有止动螺钉ⅲ443b，止动螺钉ⅲ由制动架ⅱ441的外侧面旋入并穿过轴承与中心轴抵接，用于锁紧制动架ii442b。此外，制动架ii442b上端面与读数装置的刻度圆盘固连；当转动反射光臂时，读数装置的刻度圆盘随之转动，从而实现对入射光臂与反射光臂之间夹角的精确定位。

光路组件包括可形成光子自旋霍尔效应测量光路的入射光路光学元件组件、棱镜以及出射光路光学元件组件，入射光路光学元件组件安装于入射光臂41b的光具座45b上，棱镜安装于载物台上，出射光路光学元件组件安装于反射光臂42b的光具座45b上。

入射光路光学元件组件和出射光路光学组件本实施例中未给出，可以采用实施例1中给出的相应光学组件。

本实施例提供的光子自旋霍尔效应测量装置的操作方法与实施例1相同，这里不再赘述。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。