《超材料光自旋霍爾效應的動態調控研究》是依託北京大學，由李焱擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超材料光自旋霍爾效應的動態調控研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：李焱
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬圍繞等離基元超材料的光自旋霍爾效應(SHEL)的動態調控開展工作，主要研究內容包括SHEL自旋分離的增強、動態調控的機理、材料的選擇、結構的製備和表征等。從材料、結構和入射光幾方面綜合考慮，提高p光、s光的反射率和透射率差異，有效打破空間對稱性，充分利用自旋-軌道角動量之間的耦合。利用這些因素的聯合效應增強SHEL自旋分離。在SHEL顯著而且出射光較強的前提下，引入三階非線性係數比較大同時回響比較快的非線性材料或單層二硫化鉬等新型材料，確定等離基元結構和超材料單元結構以及超材料整體與自旋-軌道耦合強弱的依賴關係，通過光泵浦改變折射率或自旋極化程度。研究泵浦光能量、脈衝寬度和偏振態等的影響，最佳化泵浦光和界面結構參數，實現等離基元超材料SHEL的動態調控，為製備超快納米光自旋器件奠定基礎。
結題摘要
光束在界面折射和反射時，折射率梯度導致左旋和右旋的光子在垂直於入射面的方向會發生大小相等、方向相反的空間分離，此即光自旋霍爾效應。本項目利用光的電磁理論，重新分析了光自旋霍爾效應左旋光和右旋光的轉換、位移和相干疊加，解釋了對入射光偏振態的依賴，為理解光自旋霍爾效應提供了一個新的視角。分析並消除了布儒斯特角附近面內波矢分布和光束腰斑的不利影響，將反射光的光自旋霍爾效應位移從2.3微米增大至5.9微米，首次實現了空氣-玻璃界面光自旋霍爾效應的直接觀測，為光自旋霍爾效應的觀測研究提供了一種全新的思路。利用矽超表面激發自然材料不可能出現的磁偶極子共振，在可見光波段實現S光的布儒斯特角效應。 折射率梯度導致的光自旋霍爾效應通常非常小，超表面的巨大相位梯度可以引起動量空間的非常顯著的光自旋霍爾效應，表現為實空間左旋光和右旋光的巨大偏折，而且易於調控，同時還可以對波前的相位、振幅和偏振進行靈活調控。項目利用截面為正方形的矽柱陣列製備了超表面，實現了偏振無關的光束波前控制，製作了高效率、寬波段的偏折器件。利用氧化矽玻璃超表面，只衍射分出極小部分光場，實現了在幾乎不破壞原光場波前的情況下對原光場多種信息的檢測。為了使超表面能夠同時控制多個波長的相位，設計了亞波長的“超分子”結構，並實現了消色差和高色差兩類全息，為真三維彩色全息顯示奠定了基礎。利用雙圖像雙偏振編碼思想和光強對偏振變化的依賴關係，實現了全息像隨不同偏振態的整體或局部的顏色變化，以及63種信息通道的光學加密器件。利用超表面的傳播相位和幾何相位的結合，製作了一種圓偏光入射時全息像再現但其正交圓偏光入射全息像隱藏的器件，這大大提高了信息保密度。超表面的工作為動量空間的光自旋霍爾效應和光波前精密調控，以及對振幅、相位、偏振等多自由度的編碼奠定了基礎。
