Author Affiliations
Abstract
1 Image Processing Systems Institute of RAS—Branch of the FSRC "Crystallography and Photonics" RAS, Samara 443001, Russia
2 School of Advanced Technology, Algonquin College, Ottawa, Ontario K2G 1V8, Canada
Hall effect of light is a result of symmetry breaking in spin and/or orbital angular momentum (OAM) possessing optical system and is caused by e.g. refractive index gradient/interface between media or focusing of a spatially asymmetrical beam, similar to the electric field breaking the symmetry in spin Hall effect for electrons. The angular momentum (AM) conservation law in the ensuing asymmetric system dictates redistribution of spin and orbital angular momentum, and is manifested in spin-orbit, orbit-orbit, and orbit-spin conversions and reorganization, i.e. spin-orbit and orbit-orbit interaction. This AM restructuring in turn requires shifts of the barycenter of the electric field of light. In the present study we show, both analytically and by numerical simulation, how different electric field components are displaced upon tight focusing of an asymmetric light beam having OAM and spin. The relation between field components shifts and the AM components shifts/redistribution is presented too. Moreover, we experimentally demonstrate, for the first time, to the best of our knowledge, the spin-orbit Hall effect of light upon tight focusing in free space. This is achieved using azopolymers as a media detecting longitudinal or z component of the electrical field of light. These findings elucidate the Hall effect of light and may broaden the spectrum of its applications.
spin-orbital Hall effect of light symmetry breaking spin-orbit interaction azopolymers optical vortex polarization 
Opto-Electronic Science
2023, 2(7): 230014
Author Affiliations
Abstract
1 Peking University, School of Physics, State Key Laboratory for Mesoscopic Physics and Frontiers Science Center for Nano-Optoelectronics, Beijing, China
2 Shanxi University, Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Taiyuan, China
3 Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing, China
Optical skyrmion serves as a crucial interface between optics and topology. Recently, it has attracted great interest in linear optics. Here, we theoretically introduce a framework for the all-optical generation and control of free-space optical skyrmions in extreme ultraviolet regions via high harmonic generation (HHG). We show that by employing full Poincaré beams, the created extreme ultraviolet fields manifest as skyrmionic structures in Stokes vector fields, whose skyrmion number is relevant to harmonic orders. We reveal that the generation of the skyrmionics structure is attributed to spatial-resolved spin constraint of HHG. Through qualifying the geometrical parameters of full Poincaré beams, the topological texture of extreme ultraviolet fields can be completely manipulated, generating the Bloch-type, Néel-type, anti-type, and higher-order skyrmions. We promote the investigation of topological optics in optical highly nonlinear processes, with potential applications toward ultrafast spintronics with structured light fields.
skyrmions Poincaré beam high harmonic generation spin-orbit interaction 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(4): 046009
作者单位
摘要
上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
随着激光技术的迅猛发展,超快光学已经成为现代物理学研究中一个非常重要的前沿领域。高次谐波作为产生超短激光脉冲的重要手段之一,在近十年内快速发展。本文综述了气体高次谐波产生过程中存在的自旋角动量守恒、轨道角动量守恒、自旋-轨道相互作用以及由此引出的新奇物理现象,总结了现阶段研究所存在的部分空白与挑战。将结构光场应用于高次谐波领域极大地丰富了人们研究光与物质相互作用的手段,为光学操控和强场物理带来了新的机遇。
物理光学 谐波产生与混频 强场过程 超快非线性光学 角动量守恒 自旋-轨道相互作用 
激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1526001
Author Affiliations
Abstract
Laboratory for Spin Photonics, School of Physics and Electronics, Hunan University, Changsha 410082, China
The photonic spin Hall effect (SHE) refers to the transverse spin separation of photons with opposite spin angular momentum, after the beam passes through an optical interface or inhomogeneous medium, manifested as the spin-dependent splitting. It can be considered as an analogue of the SHE in electronic systems: the light’s right-circularly polarized and left-circularly polarized components play the role of the spin-up and spin-down electrons, and the refractive index gradient replaces the electronic potential gradient. Remarkably, the photonic SHE originates from the spin-orbit interaction of the photons and is mainly attributed to two different geometric phases, i.e., the spin-redirection Rytov-Vlasimirskii-Berry in momentum space and the Pancharatnam-Berry phase in Stokes parameter space. The unique properties of the photonic SHE and its powerful ability to manipulate the photon spin, gradually, make it a useful tool in precision metrology, analog optical computing and quantum imaging, etc. In this review, we provide a brief framework to describe the fundamentals and advances of photonic SHE, and give an overview on the emergent applications of this phenomenon in different scenes.
photonic spin Hall effect spin-orbit interaction of light geometric phase weak measurement analog optical computing 
Opto-Electronic Science
2022, 1(7): 220007
作者单位
摘要
湖南大学物理与微电子科学学院自旋光子学实验室, 湖南 长沙 410082
光的自旋-轨道相互作用是指光的自旋角动量和轨道角动量之间的相互作用, 它存在于反射、折射、散射、衍射、聚焦等基本的光学过程中。在传统大尺度量级的经典光学中可以忽略自旋-轨道相互作用的影响, 但在亚波长尺度下, 自旋和轨道角动量之间会发生强耦合。对光的自旋-轨道相互作用的基本起源和重要应用进行了综述。首先, 介绍了光的自旋-轨道相互作用的两个重要基本概念: 光子角动量和几何相位理论。其次, 分别介绍了自旋-内禀轨道角动量和自旋-外禀轨道角动量两种相互作用的基本原理。然后, 重点介绍了光自旋-轨道相互作用的研究进展以及代表性应用。最后, 对光自旋-轨道相互作用相关研究面临的挑战和未来的研究方向进行了展望。
光电子学 自旋-轨道相互作用 几何相位 光子自旋霍尔效应 量子弱测量 光学微分运算 optoelectronics spin-orbit interaction geometric phase photonic spin Hall effect quantum weak measurement optical differential operation 
量子电子学报
2022, 39(2): 159
涂华垚 1,2吕蒙 1张松然 1,3俞国林 1,*[ ... ]戴宁 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100084
3 上海理工大学 材料科学与工程学院,上海 200093
通过实验测量,研究了HgCdTe反型层中自旋轨道耦合、塞曼效应及界面粗糙涨落效应。采用理论模型对不同温度及不同平行磁场下的反弱局域效应进行分析,结果表明,在平行磁场中,界面粗糙涨落效应与塞曼效应均会对HgCdTe反型层的反弱局域效应产生抑制作用。其中,界面粗糙涨落效应表现为产生一个二维电子气法向的弱局域效应,对样品施加平行磁场会首先抑制界面粗糙涨落效应导致的法向弱局域效应,然后才以塞曼效应继续抑制反弱局域效应。通过对参数τ/τ?mr*g3*的分析表明,塞曼效应对反弱局域效应的抑制与温度无关。
碲镉汞 自旋轨道耦合 塞曼效应 界面粗糙涨落效应 HgCdTe spin-orbit interaction Zeeman effect interface microroughness effect 
红外与毫米波学报
2020, 39(6): 684
张飞 1郭迎辉 1,2蒲明博 1,2李雄 1,2[ ... ]罗先刚 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室,四川成都 610209
2 中国科学院大学光电学院,北京 100049
3 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院,北京 100071
光子自旋 —轨道相互作用是经典光学所忽略的重要现象,近年来研究发现该现象可通过人工亚波长结构显著增强并进行按需调控。传统超构表面仅支持对称光子自旋 —轨道相互作用,存在共轭对称性限制,难以将不同自旋态用于多功能集成、复杂光场调控、信息加密及存储等领域。非对称光子自旋 —轨道相互作用能够使左右旋圆偏振光解耦,为突破上述理论和应用限制带来新契机。本文首先介绍了非对称光子自旋 —轨道相互作用的原理及实现方法,其次介绍非对称光子自旋 —轨道相互作用的代表性应用以及特点,最后对非对称光子自旋 —轨道相互作用研究面临的挑战和未来的研究方向进行展望。
超构表面 光子自旋—轨道相互作用 轨道角动量 metasurface photonic spin-orbit interaction orbital angular momentum optical catenary 
光电工程
2020, 47(10): 200366
作者单位
摘要
1 西安思源学院基础部,陕西 西安 710038
2 解放军理工大学理学院,江苏 南京 211101
采用纠缠的度量方法negativity研究了非均匀磁场条件下不同方向自 旋轨道耦合相互作用对自旋为1的Heisenberg XX系统热纠缠的影响。研究发现高温时纠缠会随 着Dzialoshinskii-Moriya (DM)相互作用的增加而增大,但是低温时, 纠缠随DM相互作用的增加会出现起伏变化。x方向DM相互作用的纠缠一般较z方向DM相互作用的纠缠强, 但是在一定条件下, z方向的纠缠也会高于x方向的纠缠,从而可以通过调节DM相互作用的方向等控制和生成纠缠。 研究还发现可以利用纠缠关于磁场的对称性质以及纠缠的突变性来实现量子逻辑门。
量子光学 高自旋系统 自旋轨道耦合相互作用 quantum optics Negativity negativity high-spin system spin-orbit interaction 
量子电子学报
2014, 31(1): 75
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室, 上海 200083
2 华东师范大学 信息科学技术学院 极化材料与器件教育部重点实验室, 上海 200062
3 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
利用液相外延法制备了Hg0.77Cd0.23Te薄膜样品, 在对样品的低温磁输运测试中观察到反局域效应, 说明样品中存在较强的自旋-轨道耦合.通过Hikami-Larkin-Nagaoka(HLN)局域模型加上Drude电导模型拟合磁电导曲线, 得到了电子的退相干时间和自旋-轨道散射时间.研究结果表明, 电子的退相规律符合Nyquist退相机制.
反局域 退相干时间 自旋-轨道耦合 antilocalization phase coherence time spin-orbit interaction 
红外与毫米波学报
2013, 32(2): 141
杨翠红 1,2,*徐文 2,3曾雉 2
作者单位
摘要
1 南京信息工程大学数理学院, 江苏 南京210044
2 中国科学院固体物理研究所物质计算科学研究室, 安徽 合肥 230031
3 澳大利亚国立大学理论物理系, 澳大利亚 堪培拉0200
基于半经典玻尔兹曼方程的方法研究了InGaAs/InAlAs 系统中电子在Rashba自旋轨道耦合相互作用(RSOI)和外磁场作用下二维电子气(2DEG)的磁光吸收谱以及选择定则。RSOI的存在使朗道能级相互混合并移动, 在高迁移率和强磁场条件下, 磁光吸收谱可以观察到来自相邻郎道能级和相同自旋间的两个主吸收峰。随着电子浓度、外磁场以及自旋轨道耦合强度的不同可以相应地调制吸收谱强度和峰位等。另外, 由于朗道能级的混合, 使磁光谱出现自旋反转的跃迁, 但由于不同自旋态的电子波函数的重叠很小, 此跃迁对磁光吸收谱的贡献很小。
物理光学 磁光吸收 半经典玻尔兹曼方程 Rashba 自旋轨道耦合 
中国激光
2008, 35(s2): 86

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