Geometric Spin Hall Effect for Gaussian Beam

Abstract

Исследован геометрический спиновый эффект Холла для ассиметрично сходящегося полного пучка Гаусса в новых экспериментальных условиях. Компьютерные методы обработки изображения позволили получить значение сдвига «центра тяжести» интенсивности z-компоненты в перетяжке светового пучка 3,0±0,5 мкм.Ключевые слова: спиновый эффект Холла, поперечный сдвиг перетяжки Введение Спиновый и орбитальный моменты фотона принято связывать с поляризацией и траекторией распространения света соответственно. Известно, что в неоднородной или анизотропной среде эти моменты взаимозависимы. Это взаимодействие принято называть спин-орбитальным взаимодействием или оптическим спиновым эффектом Холла для света.Подобный эффект наблюдается и в свободном пространстве, то есть вне зависимости от взаимодействия света с веществом. Этот эффект известен как геометрический спиновый эффект Холла. Впервые он был теоретически предсказан в работе [1], в которой показано, что при смене знака циркулярности циркулярно поляризованного ассиметрично сходящегося пучка Гаусса в плоскости перетяжки происходит сдвиг его «центра тяжести» в направлении, поперечном оси распространения света. Величина смещения мала и составляет значение порядка радиуса перетяжки пучка. Было показано, что наблюдение этого эффекта возможно в следующей схеме. Плоская циркулярно поляризованная волна распространяется в направлении ОZ и падает на линзу. Если перекрыть половину сходящегося монохроматического циркулярно поляризованного пучка непрозрачной заслонкой (y < 0), то у него появляется нескомпенсированная E z -компонента, распределение интенсивности которой при смене знака циркулярной поляризации претерпевает поперечное смещение в направление ОX.Первые наглядные результаты экспериментального обнаружения сдвига перетяжки пучка были представлены в работе [2]. Для формирования сходящегося пучка использовался короткофокусный объектив. С помощью специального экрана пучок перекрывался наполовину. Для визуализации светового пучка в область перетяжки помещалась рассеивающая среда (синтетический опал). В направлении, перпендикулярном оси светового пучка, наблюдалось рассеяние света, вызванное только z-компонентой светового поля. Оптическая система давала изображение фокальной перетяжки, которое записывалось на фотопластинку. Таким образом были получены фотографии пучка, сформированного вследствие рассеяния z-компоненты, для случая лево-и правоциркулярно поляризованного света, визуальное сравнение которых позволило судить о величине сдвига z-компоненты.Для той же схемы распространения света была предложена обобщенная теория [3], которая применима к пучку с произвольным распределением интенсивности в поперечном сечении. Рассчитана величина сдвига «центра тяжести» в общем случае. Также показано, что одинаковый по значению сдвиг «центра тяжести» сходящегося пучка имеет место во всех сечениях, а не только в плоскости перетяжки. Экспериментально наблюдение сдвига возможно только в фокальной плоскости, поскольку величина сдвига порядка величины перетяжки. Точность теоретических расчётов в работах [1,...