基于几何光学方法的自旋光输运研究

第1章绪论1

1.1光的自旋输运现象2

1.1.1电子的自旋输运2

1.1.2光子的自旋输运3

1.2非均匀介质中的几何光学概述4

1.2.1程函方程5

1.2.2光线方程7

1.3复几何光学概述8

1.3.1基于光线的复几何光学9

1.3.2基于程函的复几何光学11

1.4光学角动量概述13

第2章自旋光在非均匀介质中的传播17

2.1光学自旋输运效应概述18

2.1.1光的自旋霍尔效应19

2.1.2贝里几何相位22

2.1.3贝里几何相位的经典测量24

2.2自旋光在非均匀介质中传播的研究方案28

2.2.1Zel′dovich的研究方案28

2.2.2K.Yu.Bliokh的研究方案32

2.2.3C.Duval的研究方案37

第3章光学度规理论40

3.1光在静态非磁性各向同性介质中的光学度规41

3.1.1光在运动介质中传播的有效度规41

3.1.2光在静态非磁化非均匀介质中传播的有效度规42

3.2弯曲时空中自旋粒子的运动方程43

3.2.1零测地线方程44

3.2.2Papapetrou-Souriau方程45

3.2.3光线方程47

3.3弯曲时空中的麦克斯韦方程与自旋轨道耦合48

3.3.1弯曲时空中的麦克斯韦方程48

3.3.2非均匀介质中光子的哈密顿量51

3.3.3自旋-自旋相互作用对极化光传播的影响53

3.3.4自旋-自旋相互作用对光子相位的影响55

3.4极化光束在非均匀介质中的演化57

3.4.1包含自旋-轨道耦合修正的程函方程58

3.4.2极化高斯光束在各向同性的非均匀介质中的传播60

3.4.3极化高斯光束的自旋霍尔效应65

第4章基于矩阵光学方法的自旋光输运71

4.1矩阵光学基本知识简介72

4.1.1光线方程与光线矢量72

4.1.2典型光学单元的变换矩阵75

4.1.3光学系统的变换矩阵80

4.2柯林斯衍射积分87

4.2.1变换矩阵与柯林斯衍射积分87

4.2.2利用柯林斯衍射积分研究光束传输88

4.3基于矩阵光学方法的非线性介质中的光束传播95

4.3.1强非局域非线性介质中的波动方程95

4.3.2强非局域非线性介质中的变换矩阵97

4.4基于矩阵光学方法的自旋光输运研究102

4.4.1含自旋-轨道耦合的光学变换矩阵103

4.4.2自旋光在梯度非均匀介质中的演化规律106

第5章艾里光束的自旋输运112

5.1艾里光束简介113

5.2艾里光束的传播特征117

5.2.1艾里光束的无衍射特性117

5.2.2艾里光束的自加速特性118

5.2.3艾里光束的自愈特性118

5.3艾里光束在手性介质中的传播120

5.3.1手性介质的光学变换矩阵120

5.3.2艾里光束在手性介质中的演化规律120

5.4艾里光束在非均匀介质中的相变126

5.4.1基于矩阵光学的艾里光束相变研究126

5.4.2基于矩阵光学的双曲余弦艾里光束相变研究131

5.5艾里光束在非均匀介质中的自旋输运132

5.5.1线性非均匀介质中的艾里光束自旋输运效应132

5.5.2抛物线形非均匀介质中的艾里光束自旋输运效应138

参考文献146