[發(fā)明專利]光自旋軌道相互作用的調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211380327.7
• 申請(qǐng)日: 2022-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115791710A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高雷;顧笑盈;高東梁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州城市學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N21/63
• 分類號(hào): G01N21/63;G01J9/02
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 王廣浩

本發(fā)明提供了一種光自旋軌道相互作用的調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)，該方法包括構(gòu)建以石墨烯包裹球形納米顆粒為原點(diǎn)的xyz三維坐標(biāo)系，利用右旋圓偏振光照射石墨烯包裹球形納米顆粒；調(diào)節(jié)所述右旋圓偏振光的入射強(qiáng)度，得到石墨烯包裹納米顆粒的散射效率譜；根據(jù)所述散射效率譜得到石墨烯包裹納米顆粒的共振區(qū)間，在所述共振區(qū)間中固定右旋圓偏振光的入射波長(zhǎng)，得到準(zhǔn)靜態(tài)情況下的入射電場(chǎng)與內(nèi)部電場(chǎng)的雙穩(wěn)圖像，對(duì)所述雙穩(wěn)圖像進(jìn)行仿真得到近場(chǎng)圓偏振圖，根據(jù)近場(chǎng)圓偏振圖判斷自旋軌道相互作用。本發(fā)明為靈活調(diào)節(jié)光自旋軌道相互作用提供了一種有效并且方便的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米光子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光自旋軌道相互作用的調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

自旋軌道相互作用指光子的自旋角動(dòng)量(對(duì)應(yīng)于經(jīng)典理論中的圓偏振態(tài))和軌道角動(dòng)量(對(duì)應(yīng)于經(jīng)典理論中的角向相位梯度)之間相互轉(zhuǎn)化。圓偏振光正入射到一個(gè)反射式的半波片后，其反射場(chǎng)的偏振態(tài)將轉(zhuǎn)換為其正交偏振；當(dāng)該半波片繞其主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，反射正交偏振的相位也隨之發(fā)生線性變化，這種相位變化與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，僅與波片旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)，因此被稱為幾何相位。基于幾何相位，可實(shí)現(xiàn)幾何外形與電磁外形解耦。通過(guò)光子的自旋軌道相互作用實(shí)現(xiàn)局域相位調(diào)控。

近年來(lái),隨著對(duì)光的自旋-軌道相互作用相關(guān)研究的發(fā)展,基于幾何相位理論可以提供更多的自由度對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控。具有更加多樣化偏振態(tài)分布的矢量光場(chǎng)的出現(xiàn)豐富了矢量光場(chǎng)的種類,并提供了新的調(diào)控自由度,因此被應(yīng)用于光場(chǎng)調(diào)控、光學(xué)微加工、光學(xué)微操縱和光信息傳輸?shù)阮I(lǐng)域。在線性光學(xué)過(guò)程中，自旋角動(dòng)量到軌道角動(dòng)量的轉(zhuǎn)換與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)。相反，在非線性光學(xué)過(guò)程中，自旋軌道相互作用可以通過(guò)調(diào)節(jié)光的輸入強(qiáng)度來(lái)控制。非線性在光學(xué)角動(dòng)量的應(yīng)用中顯示出巨大的潛力。此外，非線性波中的等離子體超表面證明了高階非線性自旋軌道相互作用。但現(xiàn)有對(duì)光自旋軌道相互作用進(jìn)行調(diào)節(jié)通常都是通過(guò)改變顆粒的形狀、大小或者是拓?fù)淞Ｗ樱@些調(diào)節(jié)方法步驟比較復(fù)雜、靈活性不夠高，因此，亟需一種新的調(diào)節(jié)方法解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光自旋軌道相互作用的調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)節(jié)光自旋軌道相互作用的方法步驟比較復(fù)雜、靈活性不夠高的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種光自旋軌道相互作用的調(diào)節(jié)方法，該方法包括：

S1：構(gòu)建以石墨烯包裹球形納米顆粒為原點(diǎn)的xyz三維坐標(biāo)系，利用右旋圓偏振光照射石墨烯包裹球形納米顆粒，所述右旋圓偏振光沿z軸方向入射；

S2：調(diào)節(jié)所述右旋圓偏振光的入射強(qiáng)度，根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)情況下的線性和非線性歸一化散射效率函數(shù)，得到石墨烯包裹納米顆粒的散射效率譜；

S3：根據(jù)所述散射效率譜得到石墨烯包裹納米顆粒的共振區(qū)間，在所述共振區(qū)間中固定右旋圓偏振光的入射波長(zhǎng)，得到準(zhǔn)靜態(tài)情況下的入射電場(chǎng)與內(nèi)部電場(chǎng)的雙穩(wěn)圖像，對(duì)所述雙穩(wěn)圖像進(jìn)行仿真得到近場(chǎng)圓偏振圖，根據(jù)近場(chǎng)圓偏振圖判斷自旋軌道相互作用。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟S2中，所述右旋圓偏振光的入射強(qiáng)度表示為：

其中，E₀表示納米顆粒的局域場(chǎng)，i表示虛數(shù)單位,表示x方向的單位向量，表示y方向的單位向量，表示波數(shù)，ω表示角頻率，λ表示波長(zhǎng)，ε_h表示背景介質(zhì)的介電常數(shù)，z表示xyz三維坐標(biāo)系中的z軸，t表示時(shí)間。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述準(zhǔn)靜態(tài)情況下的線性和非線性歸一化散射效率函數(shù)的求解方法包括以下步驟：

S21：求解拉普拉斯方程在石墨烯界面處的通解，基于納米顆粒表面的石墨烯層是一個(gè)導(dǎo)電率σ的導(dǎo)電殼層，得到邊界條件；

S22：根據(jù)所述通解和所述邊界條件求解出未知系數(shù)A、B；

S23：基于石墨烯的表面電導(dǎo)率是與場(chǎng)相關(guān)并且是非線性的特性，得到石墨烯的表面電導(dǎo)率的隨機(jī)相位近似下的簡(jiǎn)化形式；