[發明專利]光子自旋霍爾效應測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 202110532027.5
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113160674B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 苗艷;孫雪芳;聶燕;白羽;唐曉輝
• 申請（專利權）人: 成都世納科技有限公司
• 主分類號: G09B23/22
• 分類號: G09B23/22
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 李蜜;鐘玉巧

本發明公開了一種光子自旋霍爾效應測量裝置及測量方法，該測量裝置包括底座、載物臺、讀數裝置、光臂組件以及光路組件，底座的中心位置設有中心軸，載物臺及讀數裝置均安裝于中心軸上；光臂組件包括入射光臂、反射光臂、光臂架Ⅰ、光臂架Ⅱ以及若干光具座，光臂架Ⅰ的下端與底座固定連接，光臂架Ⅱ的下端與中心軸轉動連接，入射光臂與光臂架Ⅰ上端面之間和出射光臂與光臂架Ⅱ上端面之間均設置有調節定位機構，調節定位機構用于調節并定位入射光臂與光臂架Ⅰ之間、反射光臂與光臂架Ⅱ之間的俯仰角度。本發明可以便捷的形成光子自旋霍爾效應的測量光路，直觀地展示出光子自旋現象并測量出光子自旋位移。

技術領域

本發明屬于光學儀器技術領域，涉及一種用于光子自旋霍爾效應的光學測量儀，具體涉及一種光子自旋霍爾效應測量裝置及測量方法。

背景技術

十九世紀，美國物理學家霍爾發現導體中運動的載流子在磁場中受到洛倫茲力的作用，在垂直于電流和磁場方向的導體兩側會出現電勢差，這種現象被認為稱為霍爾效應。經典霍爾效應被發現之后的一百多年，反常霍爾效應、整數量子霍爾效應、分數量子霍爾效應、自旋霍爾效應等又相繼被發現，它們構成了一個霍爾效應家族。最近幾年，一種新型的霍爾效應——光子自旋霍爾效應引起人們的強烈興趣。

光子自旋霍爾效應是指一束線偏振光在存在折射率梯度的非均勻介質中傳輸時，由于自旋軌道耦合的作用，自旋方向相反的光子(左旋和右旋)沿著垂直于折射率梯度的方向朝相反方向發生橫向分離，從而導致光束分裂呈兩束圓偏振光并分居在傳輸光束截面的兩側。最后分裂的兩束圓偏振光相對于坐標原點的距離被稱之為自旋位移。

然而光子自旋是一種十分微弱的物理效應，其所產生的自旋位移值只有約幾十納米，測量這么微小的分裂值就成為了一個棘手問題。目前沒有一套實驗儀器可以演示光子自旋的物理現象，尤其在教學上，教師都只是通過教材或者文獻從理論上向學生講解光子自旋的概念，并沒有與之相配套的實驗儀器進行實驗教學。

光子作為當今時代信息和能量的重要載體，在近代物理學與信息科學中占有重要的地位，而光子自旋霍爾效應是一種潛在的精密測量工具，其在探測微結構材料結構參數變化的研究中具有重要的物理意義。因此，研制新型的光子學器件，直觀的展示光子自旋霍爾效應對于科研和教學均具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的旨在針對現有技術中存在的上述缺陷，提供一種光子自旋霍爾效應測量裝置，通過該裝置不僅可以直觀的觀測到光子自旋分裂實驗現象，還可以精確測量出光子自旋分裂的大小，便于實驗教學和光子自旋霍爾效應的科學研究。

本發明的另一目的旨在提供一種光子自旋霍爾效應測量方法。

為達到上述目的，本發明提供的光子自旋霍爾效應測量裝置，包括底座、載物臺、讀數裝置、光臂組件以及光路組件；

所述底座的中心位置設有轉動連接的中心軸，所述載物臺及讀數裝置均安裝于中心軸上；所述載物臺固定安裝于中心軸的上端并可隨中心軸轉動，所述讀數裝置套設于中心軸上并位于載物臺的下方；

所述讀數裝置包括與中心軸固定連接的內轉盤以及套設在內轉盤外的刻度圓盤；刻度圓盤沿中心軸轉動；刻度圓盤上設計有刻度；

所述光臂組件包括入射光臂、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別沿水平方向安裝于光臂架I和光臂架II上；光臂架Ⅰ的下端與底座固定連接，光臂架Ⅱ的下端與讀數裝置的刻度圓盤固定連接，且與中心軸轉動連接，入射光臂與光臂架Ⅰ上端面之間和反射光臂與光臂架Ⅱ上端面之間均設置有調節定位機構，調節定位機構用于調節并定位入射光臂與光臂架Ⅰ之間、反射光臂與光臂架Ⅱ之間的俯仰角度；入射光臂、反射光臂上分別安裝若干光具座，所述光具座與入射光臂/反射光臂滑動連接；

所述光路組件包括可形成光子自旋霍爾效應測量光路的入射光路光學元件組件、棱鏡以及出射光路光學元件組件，所述入射光路光學元件組件安裝于入射光臂的光具座上，棱鏡安裝于載物臺上，出射光路光學元件組件安裝于反射光臂的光具座上。