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光自旋轨道耦合的研究与应用

创建于2021年11月03日 星期三作者 : 科研办 浏览量 :

主讲人：管福鑫，香港大学博士后

时  间：2021年11月3日14:00-15:00

地  点：物电学院A栋414

联系人：项元江


讲座摘要: 微观粒子的自旋和轨道角动量是描述粒子复杂运动行为中最基本的两个物理概念，这两个角动量之间的耦合普遍存在于自然界中。在光学中，自旋轨道光学现象与光-物质相互作用密切相关，并引起了人们极大的关注。光束一般包含一种自旋角动量，与内禀、外禀两种轨道角动量，内禀轨道角动量用来描述光的涡旋状态，外禀轨道角动量用来描述光的横向位移。光子的自旋-轨道相互作用主要分为自旋-内禀轨道和自旋-外禀轨道两种相互作用，两者的联系蕴含丰富的物理内容。本报告首先从自旋可控涡旋产生和自旋霍尔效应出发，介绍了自旋偏振光在突变界面的散射问题，揭示出由改变入射角引发的涡旋产生和霍尔位移之间有趣的相变过程。经过反射/折射之后，自旋翻转模式会获得两种拓扑性质不同的Pancharatnam-Berry相位，分别产生内禀和外禀轨道角动量。改变入射角度会改变这两种相位的贡献，从涡旋产生到自旋霍尔位移，并在实验上观察到这种跃迁的现象。虽然光自旋-轨道相互作用的研究在如火如荼的进行，但主要集中在线性光学范畴。非线性光学响应的频率转换过程，将为光的自旋-轨道角动量的控制带来新的自由度。此前通过研究具有旋转对称性非线性晶体、非线性光学超构表面，已经证明通过改变入射光子的角动量态或者超构表面的拓扑荷数可实现对非线性谐波的自旋-轨道角动量的灵活调控。在一般的线性材料中，光束获得涡旋需要发生自旋反转，本报告紧接着介绍了光子在非线性材料中传播时，会获得涡旋相位而并不需要经过自旋态的跃迁，相应的传播过程由非线性诱导的几何相位所描述，并给出了高阶非线性效应光演化的过程。此外，伴随着凝聚态能带拓扑理论的发展，光学拓扑绝缘体和半导体获得了长足的发展。许多凝聚态拓扑理论中的能带结构在光学中也找到了对应的体系来实现，比如，外尔半金属、节点线半金属、5D Yang单极子半金属等。在这些新奇的能带结构中，节点线光学超构材料被人们广泛关注。本报告最后以非平整光学节点线超构材料为研究系统，介绍了这种材料色散关系中的所存在的奇异连接点。并讨论了光在其中奇异的光自旋轨道耦合效应，实现了光束从震颤运动到光束弯曲轨迹的演化行为，在光通讯、光信息处理、粒子操控、等领域具有重要的潜在研究和应用价值。



主讲人简介：管福鑫，在复旦大学周磊教授课题组完成博士学位，现在香港大学张霜教授课题组做博士后研究。发表SCI文章11篇包括一作和合作文章。


  • 中国 · 湖南省 · 长沙市 · 岳麓区湖南大学南校区 , 410082

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光自旋轨道耦合的研究与应用

2021-11-03

作者：管福鑫

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主讲人：管福鑫，香港大学博士后

时  间：2021年11月3日14:00-15:00

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联系人：项元江


讲座摘要: 微观粒子的自旋和轨道角动量是描述粒子复杂运动行为中最基本的两个物理概念，这两个角动量之间的耦合普遍存在于自然界中。在光学中，自旋轨道光学现象与光-物质相互作用密切相关，并引起了人们极大的关注。光束一般包含一种自旋角动量，与内禀、外禀两种轨道角动量，内禀轨道角动量用来描述光的涡旋状态，外禀轨道角动量用来描述光的横向位移。光子的自旋-轨道相互作用主要分为自旋-内禀轨道和自旋-外禀轨道两种相互作用，两者的联系蕴含丰富的物理内容。本报告首先从自旋可控涡旋产生和自旋霍尔效应出发，介绍了自旋偏振光在突变界面的散射问题，揭示出由改变入射角引发的涡旋产生和霍尔位移之间有趣的相变过程。经过反射/折射之后，自旋翻转模式会获得两种拓扑性质不同的Pancharatnam-Berry相位，分别产生内禀和外禀轨道角动量。改变入射角度会改变这两种相位的贡献，从涡旋产生到自旋霍尔位移，并在实验上观察到这种跃迁的现象。虽然光自旋-轨道相互作用的研究在如火如荼的进行，但主要集中在线性光学范畴。非线性光学响应的频率转换过程，将为光的自旋-轨道角动量的控制带来新的自由度。此前通过研究具有旋转对称性非线性晶体、非线性光学超构表面，已经证明通过改变入射光子的角动量态或者超构表面的拓扑荷数可实现对非线性谐波的自旋-轨道角动量的灵活调控。在一般的线性材料中，光束获得涡旋需要发生自旋反转，本报告紧接着介绍了光子在非线性材料中传播时，会获得涡旋相位而并不需要经过自旋态的跃迁，相应的传播过程由非线性诱导的几何相位所描述，并给出了高阶非线性效应光演化的过程。此外，伴随着凝聚态能带拓扑理论的发展，光学拓扑绝缘体和半导体获得了长足的发展。许多凝聚态拓扑理论中的能带结构在光学中也找到了对应的体系来实现，比如，外尔半金属、节点线半金属、5D Yang单极子半金属等。在这些新奇的能带结构中，节点线光学超构材料被人们广泛关注。本报告最后以非平整光学节点线超构材料为研究系统，介绍了这种材料色散关系中的所存在的奇异连接点。并讨论了光在其中奇异的光自旋轨道耦合效应，实现了光束从震颤运动到光束弯曲轨迹的演化行为，在光通讯、光信息处理、粒子操控、等领域具有重要的潜在研究和应用价值。



主讲人简介：管福鑫，在复旦大学周磊教授课题组完成博士学位，现在香港大学张霜教授课题组做博士后研究。发表SCI文章11篇包括一作和合作文章。


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