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Dec 08, 2023

위상의 광학 스핀 홀 이동 제어

과학 보고서 5권,

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 13900(2015) 이 기사 인용

1340 액세스

8 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

빛의 스핀 홀 효과는 곡선 궤적을 따라 전파되는 광학 빔의 스핀 의존적 가로 이동으로, 굴절률 구배는 고체 시스템의 스핀 홀 효과에서 전기장의 역할을 합니다. 공기-유리 경계면에서 일어나는 굴절의 광학 스핀 홀 이동을 관찰하기 위해서는 양자 약 측정과 같은 증폭 기술이 필요했습니다. 위상 불연속 메타표면(PMS)에서는 메타표면을 따라 빠른 위상 변화가 파장 이하 거리에 걸쳐 발생하며, 이로 인해 증폭 없이 광학 스핀 홀 이동을 직접 감지할 수 있는 굴절 빔에 대한 큰 굴절률 구배가 발생합니다. 여기에서는 상대적인 광학 스핀 홀 이동이 PMS의 입사각에 따라 달라짐을 확인하고 선택 후 가변 위상 지연을 사용하여 약한 값 측정을 구성하여 광학 스핀 홀 이동의 제어를 보여줍니다. 광학 스핀 홀 시프트 제어 기능을 통해 각운동량 전달 및 감지와 같은 나노규모 포토닉스에 적용할 수 있는 조정 가능한 정밀 계측이 가능해졌습니다.

Maxwell의 설명에 따르면 횡단성은 전자기파의 기본 특성입니다. 곡선 궤적을 따라 전파되는 광학 빔에서 횡단성은 스핀-궤도 상호 작용을 초래하며, 이는 느리고 빠른 시스템을 결합하는 해밀턴 상호 작용의 한 예입니다. 느리고 빠른 시스템을 결합하면 두 시스템 간의 작용과 반응의 상호 효과가 발생하며, 이는 베리 단계와 곡률1,2의 관점에서 일관되게 설명됩니다. 또한, 빛의 에너지-운동량 분산 관계에 축퇴점이 존재하면 스핀-궤도 상호 작용을 설명하는 데 토폴로지 자기 단극이 도입될 수 있습니다.

곡선 궤적을 따라 광학 빔의 스핀-궤도 상호 작용에서 빔 궤적과 광학 스핀은 각각 느린 시스템과 빠른 시스템에 해당합니다. 코일형 광섬유를 따라 빛의 편광면 회전은 곡선형 빔 궤적(느림)이 광학 스핀(빠름)에 미치는 영향으로 인해 발생하며, 이는 빛 편광5에서 베리 위상이 나타나는 현상입니다. 반면, 곡선형 빔 궤적(느림)에 대한 광학 스핀(빠름)의 효과는 스핀에 의존하는 광학 빔 중심의 가로 이동, 즉 빛의 스핀 홀 효과(SHEL)를 발생시킵니다. 빔 궤적은 운동량 공간에서 로렌츠 힘으로 설명됩니다. 여기서 는 굴절률 구배이고 는 스핀 λ8,9,10의 광학 빔과 관련된 토폴로지 자기 단극 베리 곡률입니다.

공기-유리 인터페이스에서는 의 크기가 충분히 크지 않으며 광학 스핀 홀 가로 이동을 나타내는 이미지를 얻기 위해서는 다중 내부 전반사를 갖도록 곱셈 프리즘을 채택해야 했습니다. 공기-유리 계면에서의 굴절의 경우, 스핀 의존적 가로 이동의 직접적인 검출은 쉽게 가능하지 않았으며 광학 스핀 홀을 증폭하기 위해 거의 교차된 편광판/분석기를 사용하는 관찰을 위해 약한 측정 증폭 기술이 채택되었습니다. 양자 약한 측정을 통해 이동합니다.

원거리 장에서의 광학 스핀 홀 이동의 직접적인 관찰은 플라즈몬 직사각형 구멍 배열 및 유전 구배 메타표면과 같은 인공 광학 구조에서 실현되었습니다. 대조적으로, V자형 안테나 배열로 구성된 위상 불연속 메타표면(PMS)에서는 서브파장 거리에 걸쳐 메타표면을 따라 빠른 위상 변화가 교차 편광 산란광에 대한 큰 굴절률 구배로 이어집니다. SHEL 가로 이동의 크기는 근적외선 스펙트럼 범위에서 수백 나노미터 정도이며, 이는 약한 측정 증폭 기술을 사용하지 않고 직접 감지되었습니다.