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Apr 01, 2023

Controle do spin óptico Hall shift in phase

Relatórios Científicos volume 5,

Scientific Reports volume 5, Número do artigo: 13900 (2015) Citar este artigo

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O efeito Spin Hall da luz é um deslocamento transversal dependente do spin do feixe óptico que se propaga ao longo de uma trajetória curva, onde o gradiente do índice de refração desempenha um papel do campo elétrico no efeito spin Hall dos sistemas de estado sólido. Para observar o deslocamento de Hall do spin óptico em uma refração ocorrendo na interface ar-vidro, uma técnica de amplificação foi necessária, como medição quântica fraca. Na metasuperfície de descontinuidade de fase (PMS), ocorre uma rápida mudança de fase ao longo da metasuperfície ao longo da distância do comprimento de onda, o que leva a um grande gradiente de índice de refração para o feixe de refração, permitindo uma detecção direta do deslocamento de Hall do spin óptico sem amplificação. Aqui, identificamos que o deslocamento Hall do spin óptico relativo depende do ângulo de incidência no PMS e demonstramos um controle do deslocamento Hall do spin óptico construindo medição de valor fraco com retardo de fase variável na pós-seleção. Capacidade de rotação óptica O controle de deslocamento de Hall permite uma metrologia de precisão ajustável aplicável à fotônica em nanoescala, como transferência e detecção de momento angular.

Segundo a descrição de Maxwell, a transversalidade é uma propriedade fundamental da onda eletromagnética. Em um feixe óptico que se propaga ao longo de uma trajetória curva, a transversalidade resulta na interação spin-órbita, que é um exemplo de interação hamiltoniana acoplando sistemas lentos e rápidos. Um acoplamento de sistemas lentos e rápidos leva a efeitos recíprocos de ação e reação entre os dois sistemas, que são descritos de forma coerente em termos da fase Berry e curvatura1,2. Além disso, a presença de um ponto degenerado na relação de dispersão energia-momento da luz permite uma introdução do monopolo magnético topológico na descrição da interação spin-órbita3,4.

Na interação spin-órbita de um feixe óptico ao longo de uma trajetória curva, a trajetória do feixe e o spin óptico correspondem aos sistemas lento e rápido, respectivamente. A rotação do plano de polarização da luz ao longo de uma fibra óptica enrolada resulta do efeito de uma trajetória de feixe curvo (lento) no spin óptico (rápido), que é uma manifestação da fase Berry na polarização da luz5. Por outro lado, o efeito do spin óptico (rápido) em uma trajetória curva do feixe (lento) dá origem a um deslocamento transversal dependente do spin do centróide do feixe óptico, ou seja, efeito de spin Hall da luz (SHEL)6,7. A trajetória do feixe é descrita pela força de Lorentz no espaço de momentos, , onde é o gradiente do índice de refração e é a curvatura de Berry monopolo magnética topológica associada ao feixe óptico de spin λ8,9,10.

Na interface ar-vidro, a magnitude de não é grande o suficiente e para obter uma imagem mostrando o deslocamento transversal Hall do spin óptico, foi necessário adotar um prisma multiplicador para ter múltiplas reflexões internas totais7. No caso da refração na interface ar-vidro, uma detecção direta do deslocamento transversal dependente do spin não foi prontamente viável e uma técnica de amplificação de medição fraca foi adotada para observação, onde um polarizador/analisador quase cruzado é empregado para amplificar o spin Hall óptico deslocamento por meio de uma medição quântica fraca11,12.

A observação direta do spin óptico Hall shift em campo distante foi realizada em estruturas ópticas artificiais, como uma matriz de aberturas retangulares plasmônicas e metasuperfícies de gradiente dielétrico13,14. Em contraste, em uma metasuperfície de descontinuidade de fase (PMS) composta por uma matriz de antenas em forma de V, uma rápida mudança de fase ao longo da metasuperfície ao longo da distância do comprimento de onda leva a um grande gradiente de índice de refração para luzes de dispersão de polarização cruzada15. A magnitude do deslocamento transversal de SHEL é da ordem de algumas centenas de nanômetros na faixa espectral de infravermelho próximo, que foi detectada diretamente sem recorrer a uma técnica de amplificação de medição fraca16.