一种Kretschmann结构及其角谱分量计算方法

本发明涉及磁光光自旋霍尔效应，尤其涉及一种kretschmann结构及其角谱分量计算方法。

背景技术：

1、光自旋霍尔效应(photonic spin hall effect，pshe))是光子的自旋—轨道角动量耦合产生的现象。其原理为：当线偏振光束入射到非均匀介质内，在传播过程中由折射率梯度充当外场力，使光束自旋分裂为两束自旋相反的圆偏振光束，即左旋圆偏振光(lhcp)和右旋圆偏振光(rhcp)，从而在垂直入射面处会产生很小横移。

2、现有入射光一般选用高斯光束，其最大pshe自旋横移在皮米量级，不便于观察。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种kretschmann结构及其角谱分量计算方法，使用涡旋光束代替传统高斯光束为入射光，利用涡旋光束的光子具有螺旋轨道角动量的特性，实现对kretschmann结构的磁光光自旋霍尔效应的调控。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种kretschmann结构，包括kretschmann结构本体、入射光源和反射光收集器，kretschmann结构本体包括由上到下依次设置的棱镜、多层石墨烯薄膜和二氧化硅衬底，kretschmann结构的上方和下方均设置有电磁线圈；

3、入射光源和反射光收集器分置于棱镜的两侧，用于向棱镜发射涡旋光束。

4、优选的，棱镜为低频太赫兹波段为0.1～2thz、介电常数为11.9、折射率为3.45的硅棱镜。

5、优选的，二氧化硅衬底的折射率为2.11。

6、一种kretschmann结构的角谱分量计算方法，包括以下步骤：

7、s1、计算线偏振涡旋光束的角谱分量

8、

9、式中，l表示入射光的轨道角动量；sl＝sign(l)，表示l的符号函数；ω0为束腰半径，kx和ky分别表示横向波数和纵向波束；

10、s2、通过平面波角谱分析法建立入射光束和反射光束角谱分量的联系：

11、

12、式中，表示反射光束的h偏振分量；表示反射光束的v偏振分量；表示入射光束的h偏振分量；表示入射光束的v偏振分量；r11、r12、r21、r22表示传输矩阵的各个分量；

13、且传输矩阵的各分量r11、r12、r21、r22计算公式如下：

14、

15、

16、

17、

18、式中，rpp表示p波入射时平行偏振分量的反射系数；rss表示s波入射时垂直偏振分量的反射系数；rsp表示p波入射时垂直偏振分量的交叉偏振反射系数；rps表示s波入射时平行偏振分量的交叉偏振反射系数；kry表示反射波矢的y分量；k0表示自由空间波数；θi表示入射角；

19、对公式(2)分解得到反射光束圆偏振角谱分量的解：

20、

21、其中，当入射光为h偏振光时，其v偏振光为0，即当入射光为v偏振光时，

22、s3、通过将线偏振分解为左旋圆偏振与右旋圆偏振叠加的形式，得到实际的左旋偏振角谱分量与右旋偏振角谱分量的计算表达式：

23、

24、

25、

26、

27、式中，表示左旋圆偏振光h分量；表示右旋圆偏振光h分量；表示左旋圆偏振光分量；表示右旋圆偏振光v分量。

28、本发明具有以下有益效果：

29、1、使用涡旋光束代替传统高斯光束为入射光，利用涡旋光束的光子具有螺旋轨道角动量的特性，实现对kretschmann结构的磁光光自旋霍尔效应的调控。

30、2、石墨烯薄膜在外加磁场下，磁感应强度的大小会影响石墨烯磁光效应的存在，更容易产生spr，从而可对pshe的横向分离有较大影响。

31、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种kretschmann结构，其特征在于：包括kretschmann结构本体、入射光源和反射光收集器，kretschmann结构本体包括由上到下依次设置的棱镜、多层石墨烯薄膜和二氧化硅衬底，kretschmann结构的上方和下方均设置有电磁线圈；

2.根据权利要求1所述的一种kretschmann结构，其特征在于：棱镜为低频太赫兹波段为0.1～2thz、介电常数为11.9、折射率为3.45的硅棱镜。

3.根据权利要求1所述的一种kretschmann结构，其特征在于：二氧化硅衬底的折射率为2.11。

4.如上述权利要求1-3任一项所述的一种kretschmann结构的角谱分量计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种Kretschmann结构及其角谱分量计算方法，属于磁光光自旋霍尔效应领域，包括Kretschmann结构本体、入射光源和反射光收集器，Kretschmann结构本体包括由上到下依次设置的棱镜、多层石墨烯薄膜和二氧化硅衬底，Kretschmann结构的上方和下方均设置有电磁线圈；入射光源和反射光收集器分置于棱镜的两侧，用于向棱镜发射涡旋光束。本发明采用上述结构的Kretschmann结构及其角谱分量计算方法，使用涡旋光束代替传统高斯光束为入射光，利用涡旋光束的光子具有螺旋轨道角动量的特性，实现对Kretschmann结构的磁光光自旋霍尔效应的调控。

技术研发人员：罗莉,霍佳慧,王宇婷,李杰,杨定宇,彭穗,刘波,吴文娟,潘雨东,王灵之,刘肖
受保护的技术使用者：成都信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16