[发明专利]光子自旋霍尔效应测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种光子自旋霍尔效应测量装置及测量方法，该测量装置包括底座、载物台、读数装置、光臂组件以及光路组件，底座的中心位置设有中心轴，载物台及读数装置均安装于中心轴上；光臂组件包括入射光臂、反射光臂、光臂架Ⅰ、光臂架Ⅱ以及若干光具座，光臂架Ⅰ的下端与底座固定连接，光臂架Ⅱ的下端与中心轴转动连接，入射光臂与光臂架Ⅰ上端面之间和出射光臂与光臂架Ⅱ上端面之间均设置有调节定位机构，调节定位机构用于调节并定位入射光臂与光臂架Ⅰ之间、反射光臂与光臂架Ⅱ之间的俯仰角度。本发明可以便捷的形成光子自旋霍尔效应的测量光路，直观地展示出光子自旋现象并测量出光子自旋位移。

技术领域

本发明属于光学仪器技术领域，涉及一种用于光子自旋霍尔效应的光学测量仪，具体涉及一种光子自旋霍尔效应测量装置及测量方法。

背景技术

十九世纪，美国物理学家霍尔发现导体中运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用，在垂直于电流和磁场方向的导体两侧会出现电势差，这种现象被认为称为霍尔效应。经典霍尔效应被发现之后的一百多年，反常霍尔效应、整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、自旋霍尔效应等又相继被发现，它们构成了一个霍尔效应家族。最近几年，一种新型的霍尔效应——光子自旋霍尔效应引起人们的强烈兴趣。

光子自旋霍尔效应是指一束线偏振光在存在折射率梯度的非均匀介质中传输时，由于自旋轨道耦合的作用，自旋方向相反的光子(左旋和右旋)沿着垂直于折射率梯度的方向朝相反方向发生横向分离，从而导致光束分裂呈两束圆偏振光并分居在传输光束截面的两侧。最后分裂的两束圆偏振光相对于坐标原点的距离被称之为自旋位移。

然而光子自旋是一种十分微弱的物理效应，其所产生的自旋位移值只有约几十纳米，测量这么微小的分裂值就成为了一个棘手问题。目前没有一套实验仪器可以演示光子自旋的物理现象，尤其在教学上，教师都只是通过教材或者文献从理论上向学生讲解光子自旋的概念，并没有与之相配套的实验仪器进行实验教学。

光子作为当今时代信息和能量的重要载体，在近代物理学与信息科学中占有重要的地位，而光子自旋霍尔效应是一种潜在的精密测量工具，其在探测微结构材料结构参数变化的研究中具有重要的物理意义。因此，研制新型的光子学器件，直观的展示光子自旋霍尔效应对于科研和教学均具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种光子自旋霍尔效应测量装置，通过该装置不仅可以直观的观测到光子自旋分裂实验现象，还可以精确测量出光子自旋分裂的大小，便于实验教学和光子自旋霍尔效应的科学研究。

本发明的另一目的旨在提供一种光子自旋霍尔效应测量方法。

为达到上述目的，本发明提供的光子自旋霍尔效应测量装置，包括底座、载物台、读数装置、光臂组件以及光路组件；

所述底座的中心位置设有转动连接的中心轴，所述载物台及读数装置均安装于中心轴上；所述载物台固定安装于中心轴的上端并可随中心轴转动，所述读数装置套设于中心轴上并位于载物台的下方；

所述读数装置包括与中心轴固定连接的内转盘以及套设在内转盘外的刻度圆盘；刻度圆盘沿中心轴转动；刻度圆盘上设计有刻度；

所述光臂组件包括入射光臂、反射光臂、光臂架Ⅰ和光臂架Ⅱ以及若干光具座，所述入射光臂和反射光臂分别沿水平方向安装于光臂架I和光臂架II上；光臂架Ⅰ的下端与底座固定连接，光臂架Ⅱ的下端与读数装置的刻度圆盘固定连接，且与中心轴转动连接，入射光臂与光臂架Ⅰ上端面之间和反射光臂与光臂架Ⅱ上端面之间均设置有调节定位机构，调节定位机构用于调节并定位入射光臂与光臂架Ⅰ之间、反射光臂与光臂架Ⅱ之间的俯仰角度；入射光臂、反射光臂上分别安装若干光具座，所述光具座与入射光臂/反射光臂滑动连接；

所述光路组件包括可形成光子自旋霍尔效应测量光路的入射光路光学元件组件、棱镜以及出射光路光学元件组件，所述入射光路光学元件组件安装于入射光臂的光具座上，棱镜安装于载物台上，出射光路光学元件组件安装于反射光臂的光具座上。