1 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室，微纳光电子学研究院纳米光子学研究中心，广东 深圳 518060
2 之江实验室智能感知研究院，浙江 杭州 311100
自旋角动量是基本粒子和场的一个基本的动力学物理量，它在光与物质相互作用中扮演着极其重要的角色。在光学研究中，光的自旋角动量与圆极化密切相关，通过研究光学自旋与物质或结构的相互作用产生了许多新颖有趣的光学现象和光学应用，并诞生了自旋光学这一新兴学科。过去的研究中，研究人员主要聚焦在与平均波矢方向平行的纵向光学自旋。近年来，科研人员通过研究限制场如聚焦波、导波和倏逝波等的自旋轨道耦合性质，发现了一类新型的光学自旋，这类自旋与平均波矢方向垂直，因此被称为光学横向自旋。横向自旋具有自旋动量绑定的性质，一经发现便受到研究人员的广泛关注。横向自旋的发现拓展了光学自旋轨道相互作用的内容，并在光学操纵、光学精密检测、手性量子光学和光学自旋拓扑态等领域具有广阔的应用前景。本文从理论、实验技术和应用3个方面详细介绍自旋光学的最新进展。自旋光学的理论概念和框架可为研究人员进一步开拓基于光学自旋在光学成像、光学探测、光通信和量子技术等领域的应用发挥巨大的作用，同时也可拓展到一般经典波场，比如流体波、声波和引力波等。
物理光学 自旋角动量 自旋动量绑定 自旋轨道耦合 光学微分计算 光学探测 横向光学力 光学学报
2024, 44(10): 1026002
深圳大学微纳光电子学研究院纳米光子学研究中心，广东 深圳 518060
作为一种非平庸的拓扑结构，光学斯格明子近年来受到广泛的关注。由于具备尺寸小、稳定性高、拓扑结构多样等特点，光学斯格明子在高分辨率偏振成像、高密度光信息存储、高精度位移传感等领域具有潜在的应用价值。首先介绍光学斯格明子的基本原理及其激发与检测手段，然后分类总结不同光学系统中光学斯格明子的国内外研究进展。针对光学斯格明子的深亚波长特性，还综述其近年来相关的应用研究进展，并对其前景进行分析与展望。
激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2400001
原子玻色-爱因斯坦凝聚体的调制稳定性决定了凝聚体的超流属性，是超冷原子物理研究的重要内容。在由拉曼光形成的自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体中，存在4种不同的零动量本征态，由于自旋轨道耦合的存在，其中两种态载有流，另两种态不载流。通过对它们进行调制稳定性分析，发现无论在什么参数空间，这4种态都是调制不稳定的，即自旋轨道耦合总是能够诱导出调制不稳定性。这些态的动力学演化揭示调制不稳定性能够产生复杂的图案。
原子与分子物理学 自旋轨道耦合 玻色-爱因斯坦凝聚体 调制不稳定性 光学学报
2023, 43(21): 2102001
对非傍轴条件下光学角动量及自旋-轨道耦合的研究有助于人们认识亚波长结构中的光现象，近场中的倏逝波也可能产生强烈的自旋-轨道耦合。基于角谱衍射理论和Parseval定理，详细分析了高阶庞加莱球上拉盖尔-高斯矢量涡旋光束的传播波、倏逝波和角动量的近场演化特性以及倏逝波引起的自旋-轨道耦合。结果表明，在亚波长束腰宽度光束的源平面附近倏逝波作用强烈，在总光场中占主导地位。此外，近场中的轨道角动量同时包含横向电场和纵向电场的贡献，倏逝波中横向自旋角动量和横向偏振态相关，且存在自旋方向锁定现象。该研究为矢量涡旋光束在亚波长结构中的研究和应用提供了理论依据。
物理光学 自旋-轨道耦合 角动量 倏逝波 矢量涡旋光束 高阶庞加莱球 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0726001
1 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所, 四川 绵阳 621000
2 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所, 四川 绵阳 621000
3 坦普尔大学物理学院, 美国 宾夕法尼亚州 费城 19122
分子光谱参数是红外辐射计算的基础数据,目前国内还没有类似HITRAN数据库的气体光谱数据库,在国家数值风洞工程的支持下,本文开发了高温空气光谱参数计算代码,目的是为目标红外辐射计算提供支持。NO是高超声速飞行器高温空气流场中的主要化学反应产物之一,其振转能级跃迁产生的辐射处于红外探测器的典型波段。本文基于ab initio计算的NO分子分裂后的分子势和永久偶极矩,计算了NO分子的线强度(温度达到了8000 K);在300 K和3000 K温度下,目前的理论计算结果与HITRAN数据库中的数据符合得非常好;本文还采用窄带模型计算了296 K和2000 K温度下NO分子X 2Π1/2态的吸收系数。目前所用方法可以不借助实验光谱常数,使低振动态和高振动态都得到比HITRAN数据库更多的线位置,可为国家数值风洞目标辐射特性计算提供NO分子高温光谱数据。
光谱学 国家数值风洞 红外辐射 光谱参数 势能曲线 自旋轨道耦合
山西大学 理论物理研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
研究囚禁在环形势中的Rashba自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体在六极子磁场中的基态特性。在这种情况下,磁场破坏了自旋轨道耦合哈密顿量的旋转对称性,但系统仍具有2π／3的离散对称性。数值结果发现:在弱相互作用情况下,六极子磁场和Rashba自旋轨道耦合使环形囚禁的凝聚体呈类六边形的基态密度分布,当磁场强度超过某一临界值时,凝聚体将崩塌;在强相互作用情况下,半量子涡旋出现在凝聚体中,且被六极子磁场钉在方位角=nπ／3的径向位置,涡旋的旋转方向取决于径向磁场的方向。
自旋轨道耦合 玻色-爱因斯坦凝聚体 环形势 六极子磁场 spin-orbit coupling Bose-Einstein condensate toroidal potential sextupole magnetic field
江西理工大学信息工程学院, 江西 赣州 341000
利用紧束缚近似的非平衡格林函数法,研究了含Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合效应的双阶梯型量子线中电子的自旋电 导开关效应。结果表明在正向偏压下, 系统有大的自旋电导出现;但在反向偏压下, 这个大的自旋电导会消失。并且自旋电导 随着Rashba和Dresselhaus 自旋轨道耦合效应的变化呈现圆形结构, 表明Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合效应引起自旋 电导的作用是一样的, 因此可以通过调节Rashba或Dresselhaus自旋轨道耦合效应来控制自旋电导。该系统在未来有可能用来 制作全电自旋电导开关的量子线。
光电子学 电子输运 自旋电导开关效应 非平衡格林函数法 双阶梯型量子线 Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合 optoelectronics electronic transport spin conductance switch effects non-equilibrium Green’s function method two step-likes quantum wire Rashba and Dresselhaus spin-orbit couplings
太原科技大学应用科学学院, 山西 太原 030024
基于cc-pVQZ基组,使用内收缩多参考组态相互作用方法计算了BeX+ (X=H,D,T)离子 第一解离极限Be+(2S) + X(2S)和第二解离极限Be+ (2P) + X(2S)的6个电子 态 (X1Σ+, a3Σ+, A1Σ+, b3Π, B1Π, c3Σ+) 的势能曲线。根据势能曲线的 计算结果,利用LEVEL程序求解一维的径向薛定谔方程,获得了相应电子态的振-转能级、A1Σ+-X1Σ+之 间的Franck-Condon (F-C) 因子以及振动能级辐射寿命。利用Breit-Pauli算符计算了b3Π和c3Σ+态自旋-轨道耦 合分裂。分析了BeH+离子A1Σ+态在振动温度为2500、5000、7500、10000 K时的玻尔兹曼布居分布。另外, 模拟了振动温度为10000 K, 转动温度分别为500、1000、1500、2000 K时, A1Σ+-X1Σ+电子系 统Δν=-2和Δν=-3谱带的转动谱线强度分布。
光谱学 辐射寿命 多参考组态相互作用方法 自旋-轨道耦合 振-转温度 spectroscopy radiative lifetimes multiconfiguration-reference configuration interac spin-orbital coupling ro-vibrational temperature
自旋轨道耦合的超冷原子系统是模拟颤动的优秀平台。目前,实验对颤动的研究限制在两组分系统中,而已有的基于三组分理论的自旋轨道耦合均不利于实验实现。为此,基于实验已经实现的三组分自旋轨道耦合系统分析颤动,揭示了颤动具有多个振荡频率,当存在简谐束缚势时,颤动表现出丰富的物理内容。
原子与分子物理学 自旋轨道耦合 超冷原子 颤动
