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金属中逆法拉第效应的经典理论

大学物理 2010年第7期29卷 4-6页

作者：张慧亮陈炯骆河北工程大学理学院物理系河北邯郸056038 暨南大学理工学院光电工程系广东广州510632

研究电子在圆偏振光驱动下的经典动力学问题以及金属中逆法拉第效应(IFE)的经典微观机制.得到电子在圆偏振光驱动下的一个解,表明其运动轨道是螺旋线.忽略电子与磁场的相互作用,电子作绕平行于其初速度的轴、横截面为椭圆的螺旋线运动,... 详细信息

研究电子在圆偏振光驱动下的经典动力学问题以及金属中逆法拉第效应(IFE)的经典微观机制.得到电子在圆偏振光驱动下的一个解,表明其运动轨道是螺旋线.忽略电子与磁场的相互作用,电子作绕平行于其初速度的轴、横截面为椭圆的螺旋线运动,产生了一个平行于其初速度、方向由圆偏振光的手征性决定的磁矩.磁矩的统计结果与Hertel从电子气整体出发得到的结果一致.

关键词：法拉第效应逆法拉第效应圆偏振光

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基于多环形滤波器的矢量光场调控研究

基于多环形滤波器的矢量光场调控研究

作者：刘明燏黑龙江大学

学位级别：硕士

光场调控的研究一直都是众多科研工作者所讨论的热点。偏振是光的重要特性之一,要想在实际应用中设计出多样的光学器件及系统,离不开光的矢量特性以及物质的相互作用。近几年,人们对具有空间可变偏振态光束越来越感兴趣,即空间非均匀偏... 详细信息

光场调控的研究一直都是众多科研工作者所讨论的热点。偏振是光的重要特性之一,要想在实际应用中设计出多样的光学器件及系统,离不开光的矢量特性以及物质的相互作用。近几年,人们对具有空间可变偏振态光束越来越感兴趣,即空间非均匀偏振态,通过合理的设计或调制该偏振态光束可以产生一些新的光场分布。其中具有轴对称光场分布以及具有中空环状的强度模式分布的光束就是其中之一,即圆柱矢量光束。通过改变圆柱矢量光束的振幅相位等基本信息,在紧聚焦系统焦点附近能够产生一种特殊的光场分布。这种特殊的光场分布可广泛应用于荧光成像,纳米光刻,光数据存储,光学显微镜,全光磁记录等领域。本论文分为以下三部分研究内容:设计并优化多带复合相位滤波器调控入射的径向偏振双曲正弦高斯光束,其中,四个环的多带复合相位滤波器所调制的光束在聚焦区域可以得到轴向尺寸为22.08λ,横向尺寸为0.42λ的纵向偏振光针,其中光束质量可达到89.5%。此外,通过增加滤波器的环数可以实现光针的延长,利用8个环的多带复合相位滤波器所获得的光针相应的轴向聚焦深度可达到36.6λ,相对应的光束质量为87.7%。设计并优化多带复合相位滤波器调控入射的角向偏振中空高斯光束,其中,四环的多带复合相位滤波器所调制的光束在聚焦区域得到轴向尺寸为20λ,横向尺寸为0.5λ的横向偏振光链。此外,通过增加滤波器的环数可以实现光链的延长,最长横向偏振光链长度可达到80λ。在聚焦系统内引入相位差可实现光链的整体移动。利用自行设计的多带滤波器调控入射的角向偏振双曲正弦高斯光束,可以在聚焦平面内生成纯纵向偏振磁化场。其中,在单透镜系统内可生成纯纵向偏振磁化针,长度可达到64λ;在4π聚焦系统内可生成纯纵向偏振磁化链,长度可达到60λ。通过改变螺旋相位板的拓扑电荷数可以实现单/双通道的纯纵向偏振磁化针与磁化链的转换。在4π聚焦系统内通过引入相位差,可以实现单/双通道的纯纵向偏振磁化链的整体移动。移动距离与入射光束的相位差呈线性关系。

关键词：中空圆柱矢量光束环形滤波器矢量衍射理论逆法拉第效应空间光调制

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紧聚焦角向偏振分数阶涡旋光诱导磁化场特性

物理学报 2020年第16期69卷 229-236页

作者：曹重阳陆健能张恒闻朱竹青王晓雷顾兵南京师范大学物理科学与技术学院江苏省光电子技术重点实验室南京210023 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 东南大学先进光子学中心南京210096 山东师范大学光场调控与应用协同创新中心济南250358

基于理查德-沃尔夫矢量衍射理论和逆法拉第效应,首次推导出紧聚焦角向偏振分数阶涡旋光诱导磁化场表达式,分析出角向偏振分数阶涡旋光诱导磁化场可近似等效为有限个相邻整数阶涡旋角向偏振光诱导磁化场与其交叉诱导磁化场的加权叠加.数... 详细信息

基于理查德-沃尔夫矢量衍射理论和逆法拉第效应,首次推导出紧聚焦角向偏振分数阶涡旋光诱导磁化场表达式,分析出角向偏振分数阶涡旋光诱导磁化场可近似等效为有限个相邻整数阶涡旋角向偏振光诱导磁化场与其交叉诱导磁化场的加权叠加.数值模拟了紧聚焦条件下不同分数阶涡旋角向偏振光诱导磁化场的分布特性.模拟结果表明角向偏振分数阶涡旋光诱导磁化场呈非对称分布.当取分数阶涡旋拓扑荷α∈[0.5,1.5]时,随着涡旋拓扑荷的增加,磁化场横向平面分布出现分裂现象,同时还引起磁斑垂直于光轴方向的自移效应.当α=0.5或1.5时,磁斑中心最大偏移量达0.24λ;当分数阶涡旋拓扑荷α∈(2,3]时,磁化场横向平面分布分裂出2个强度热点,强度分布环径逐渐变大.当分数阶涡旋拓扑荷趋于α=3整数时,磁化场横向平面分布也趋于圆对称性分布.特别有趣的是,当分数阶涡旋拓扑荷取半整数,尤其大于3时,磁化场强度热点数与其包围的暗点数均与涡旋阶数存在正相关关系,其中热点数为α-0.5,暗点数为α-1.5.这些研究结果将可应用于全光磁记录和磁性粒子的捕获与操控等.

关键词：非对称分布分数阶涡旋逆法拉第效应紧聚焦

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单轴晶体中产生的高纯度纵向针形磁化场

物理学报 2022年第14期71卷 290-297页

作者：许琳茜朱榕琪朱竹青贡丽萍顾兵南京师范大学物理科学与技术学院江苏省光电子技术重点实验室南京210023 南京师范大学计算机与电子信息学院南京210023 上海工程技术大学数理与统计学院上海201620 东南大学先进光子学中心南京210096 山东师范大学光场调控与应用协同创新中心济南250358

基于理查德-沃尔夫矢量衍射理论和逆法拉第效应,提出一种在单轴晶体中产生高纯度纵向针形磁化场的方法.该方法通过电偶极子对数N及其阵列多参数调控,利用单轴晶体中的电偶极子反向辐射构建出优化的入瞳光场,再正向紧聚焦获得所需目标磁... 详细信息

基于理查德-沃尔夫矢量衍射理论和逆法拉第效应,提出一种在单轴晶体中产生高纯度纵向针形磁化场的方法.该方法通过电偶极子对数N及其阵列多参数调控,利用单轴晶体中的电偶极子反向辐射构建出优化的入瞳光场,再正向紧聚焦获得所需目标磁化场.模拟结果表明:当N=1时,单轴晶体中产生的磁化场比在同性介质中焦深长度增加近1.4倍,横向分辨率提高5%.当N=2和N=3时,单轴晶体中获得的纵向针形磁化场随着电偶极子对数增加,轴向焦深增加了10%,横向分辨率提高了18%.随着磁化场轮廓表面值从0.1变化到1,针形磁化场的纯度逐渐增大到1.尤其当N=2、轮廓表面值为0.1时,磁化场纯度高达95%.研究结果为在各向异性介质中生成更高纯度、针长更长的纵向磁化场提供了可行性方案,也为全光磁记录、原子捕获和光刻等实际应用中入瞳光场的优化选取提供了理论指导.

关键词：电偶极子逆法拉第效应紧聚焦单轴晶体

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飞秒光诱导铽镓石榴石晶体中的磁化响应研究

物理学报 2011年第8期60卷 667-672页

作者：金钻明郭飞云马红王立华马国宏陈建中上海大学物理系上海200444 福州大学化学化工学院福建350002

运用时间分辨抽运-探测光谱技术,研究了磁光晶体铽镓石榴石(TGG)在不同椭圆偏振态的飞秒激光脉冲诱导下的极化和磁化响应.研究表明,当仅存在逆法拉第效应时,探测光旋转角信号和椭圆率信号的变化方向与圆偏振抽运光的旋向相关.这是由于... 详细信息

运用时间分辨抽运-探测光谱技术,研究了磁光晶体铽镓石榴石(TGG)在不同椭圆偏振态的飞秒激光脉冲诱导下的极化和磁化响应.研究表明,当仅存在逆法拉第效应时,探测光旋转角信号和椭圆率信号的变化方向与圆偏振抽运光的旋向相关.这是由于圆偏振光在TGG晶体中产生的瞬态有效磁场的方向依赖于圆偏振光的旋向所致.光诱导磁化过程与材料的性质有关,TGG晶体的顺磁特性决定了其自旋弛豫时间为几十飞秒.由于探测光旋转角信号和椭圆率信号的半高全宽均为500fs左右,加之信号强度随着抽运光脉冲能量密度的增加呈线性增长,表明TGG晶体有望成为超快全光磁开关的候选材料.

关键词：铽镓石榴石晶体抽运-探测光谱技术逆法拉第效应

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聚焦光在单轴晶体中的感应磁化

光子学报 2011年第4期40卷 565-568页

作者：石天真张耀举温州大学物理与电子信息工程学院浙江温州325035

运用矢量衍射理论,分析了高度聚焦的圆偏振激光脉冲在具有逆法拉第效应的单轴晶体中产生的感应磁化分布.详细研究了界面位置不同对磁化分布的影响,比较了小双折射效应的单轴晶体中的磁化分布与均匀介质中的磁化分布.计算结果发现:随着... 详细信息

运用矢量衍射理论,分析了高度聚焦的圆偏振激光脉冲在具有逆法拉第效应的单轴晶体中产生的感应磁化分布.详细研究了界面位置不同对磁化分布的影响,比较了小双折射效应的单轴晶体中的磁化分布与均匀介质中的磁化分布.计算结果发现:随着界面向透镜移动,磁化强度的最大值和磁化斑的最小值位置沿着光轴方向移动.在单轴晶体中的磁化强度大于在均匀介质中的磁化强度.但是,在单轴晶体中的磁化斑的大小比在均匀介质中的小.描述单轴晶体各向异性的光磁常量与各向同性的光磁常量的比值愈大,磁化强度愈大,磁化斑愈小.

关键词：矢量衍射单轴晶体逆法拉第效应磁化

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光磁相互作用及自旋极化的光学调控

物理学进展 2015年第5期35卷 212-239页

作者：金钻明马红马国宏上海大学理学院物理系上海200444 山东师范大学物理与电子科学学院山东250014

近年来,超短激光脉冲的发展为人们在极端时间尺度上研究光与物质的相互作用提供了有效工具。皮秒时间尺度上研究磁有序材料中的自旋动力学过程已经成为凝聚态物理研究的热点,促进了自旋电子学的发展。本论文基于飞秒激光抽运–探测技术... 详细信息

近年来,超短激光脉冲的发展为人们在极端时间尺度上研究光与物质的相互作用提供了有效工具。皮秒时间尺度上研究磁有序材料中的自旋动力学过程已经成为凝聚态物理研究的热点,促进了自旋电子学的发展。本论文基于飞秒激光抽运–探测技术,介绍了半导体及其纳米结构中光注入自旋极化及其弛豫过程;综述了铁磁性薄膜中的超快退磁,激光诱导磁阻尼进动和逆法拉第效应;利用太赫兹脉冲的磁场分量,研究了反铁磁晶体中自旋共振模式的激发,相干控制以及自旋重取向的探测;最后介绍了超快光谱用于研究多铁性材料中电子、晶格和自旋间的耦合。了解不同材料在超快时间尺度上的磁光、光磁效应的最新进展,有助于在磁有序的超快光控制研究领域做出原创性的工作。

关键词：自旋电子学超快光谱太赫兹半导体及纳米结构铁磁薄膜反铁磁晶体多铁性薄膜超快退磁逆法拉第效应相干控制自旋流

单轴晶体中紧聚焦柱对称矢量涡旋光诱导磁化场特性研究

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南京师大学报（自然科学版） 2020年第2期43卷 10-16页

作者：张恒闻王瑞博曹重阳朱竹青南京师范大学物理科学与技术学院江苏南京210023

本文基于逆法拉第效应,利用矢量衍射理论详细研究了紧聚焦的柱对称矢量涡旋光束在单轴晶体中诱导磁化场的分布.探讨了输入光场矢量特性、单轴晶体磁光常数间的比值、o光和e光折射率差以及各向同性介质-单轴晶体界面位置对磁化场分布的影... 详细信息

本文基于逆法拉第效应,利用矢量衍射理论详细研究了紧聚焦的柱对称矢量涡旋光束在单轴晶体中诱导磁化场的分布.探讨了输入光场矢量特性、单轴晶体磁光常数间的比值、o光和e光折射率差以及各向同性介质-单轴晶体界面位置对磁化场分布的影响.数值模拟发现,单轴晶体磁光常数间的比值愈大、o光和e光折射率差越小以及各向同性介质-单轴晶体界面的位置趋近于透镜焦点,都会使磁化强度得到增强,半高全宽减小.与各向同性介质中的磁化场相比,单轴晶体中磁化场半高全宽更小,磁斑长度更长.这将有利于全光磁存储记录密度的提高以及磁化反转率的提升,并为全光磁记录、原子捕获、光刻等应用提供理论指导和新的调控手段.

关键词：逆法拉第效应单轴晶体矢量涡旋光束紧聚焦

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中空圆柱矢量光束的光场调控研究

中空圆柱矢量光束的光场调控研究

作者：周志龙黑龙江大学

学位级别：硕士

中空圆柱矢量光束的偏振特点是其传播过程中仍保持着轴对称性,经过高数值孔径透镜聚焦后在聚焦区域能够获得优越的聚焦特性,近年来已成为研究热点。设计获得的聚焦结构场在粒子捕获与输运、光学显微镜、垂直磁记录、多通道磁数据存储等... 详细信息

中空圆柱矢量光束的偏振特点是其传播过程中仍保持着轴对称性,经过高数值孔径透镜聚焦后在聚焦区域能够获得优越的聚焦特性,近年来已成为研究热点。设计获得的聚焦结构场在粒子捕获与输运、光学显微镜、垂直磁记录、多通道磁数据存储等领域具有潜在应用。本论文主要研究内容可归纳为如下4个方面。探究了电磁偶极子的反转辐射场在聚焦区域产生横向偏振光针、纵向偏振光针与三维偏振光针及三者之间的转换。研究发现光针的聚焦深度主要取决于电磁偶极子对数。紧聚焦6对电磁偶极子,在聚焦区域获得的三维偏振光针的聚焦深度可达16.57λ、半高全宽可达0.398λ。通过设计环形孔径滤波器对混合入射的径向偏振与角向偏振中空高斯光束波前进行调制,在聚焦区域得到三维偏振光链与光学暗通道。在两束相向入射的光束之间引入相位差,获得可沿光轴移动的三维偏振光链与光学暗通道。在聚焦区域得到的三维偏振光针与光学暗通道的聚焦深度均可达到40λ。通过调控圆柱偏振双曲正弦高斯光束的阶数与相对束腰大小,在聚焦区域获得尺寸为0.3844λ磁化球。保持其他参数不变的情况下,通过改变螺旋相位元件的旋向在聚焦区域可获得反转磁化球。通过设计环形孔径滤波器对角向偏振中空高斯光束波前进行调制,在聚焦区域获得纯纵向偏振磁链与中空暗通道。通过在两相向传播的入射光束之间引入相位差,获得可沿光轴移动的纯纵向偏振磁链与中空暗通道,移动距离与入射光束之间的相位差成线性关系。在聚焦区域得到的磁链和中空暗通道,其轴向聚焦深度均可达30λ。

关键词：中空圆柱矢量光束矢量衍射理论偶极子辐射场理论逆法拉第效应磁化