【摘 要】
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光子自旋霍尔效应（Spin Hall Effect,SHE）是指,当一束线偏振光在两种不同介质界面反射或折射时,其左旋和右旋圆偏振光将在垂直于折射率梯度的方向发生横向偏移,导致反射光和折射光分裂为两束不同偏振态的分量。光子SHE为操控光子提供了新途径,在自旋光子器件、精密测量等方面具有重要的应用前景。但光子SHE是一种弱效应,其相关的自旋偏移量较小。为了增强光子SHE,科学家们想了很多方法,如表面
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光子自旋霍尔效应（Spin Hall Effect,SHE）是指,当一束线偏振光在两种不同介质界面反射或折射时,其左旋和右旋圆偏振光将在垂直于折射率梯度的方向发生横向偏移,导致反射光和折射光分裂为两束不同偏振态的分量。光子SHE为操控光子提供了新途径,在自旋光子器件、精密测量等方面具有重要的应用前景。但光子SHE是一种弱效应,其相关的自旋偏移量较小。为了增强光子SHE,科学家们想了很多方法,如表面等离子共振、布儒斯特角、二维材料的加入等。最近的研究表明:一种典型的具有平衡增益和损耗的宇称时间（Parity-time,PT）对称结构中,奇异点和相干完美吸收（Coherent Perfect Absorption,CPA）-激光模式附近,光子SHE得到了极大地增强。因此,PT对称系统中光子SHE的深入研究是非常必要的。基于此,本课题探讨了PT对称腔中反射光和透射光的光子SHE行为,并设计了基于PT对称腔光子SHE的折射率传感器,取得了如下创新性研究成果:1.通过在两个增益和损耗平衡的介电系数接近零的介质薄层之间插入空气隙,建立了PT对称腔。主要研究了PT对称腔中的散射行为,包括反射和透射,以及光子SHE。研究发现该腔呈现多重PT对称性,其特征在于交替的对称和破缺相位。这种多重PT对称性允许在宽角度范围内容易地操纵透射光的光子SHE。在CPA-激光模式的共振角附近,透射光和反射光的光子SHE显著增强,其自旋偏移量的数值可以达到其理论上限（即束腰的一半）,该数值比没有空气隙的PT对称结构大得多。2.提出了一种新颖的基于PT对称腔CPA-激光模附近光子SHE的传感方案。结果表明,该折射率传感器具有8762μm/RIU的强度灵敏度,此灵敏度明显优于表面等离子体共振增强的光子SHE传感器。这些发现提供了一种增强光子SHE的有效方法,从而为开发基于光子SHE的光学传感器提供了机会。
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