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【发明授权】光自旋轨道相互作用的调节方法及系统_苏州城市学院_202211380327.7 

申请/专利权人:苏州城市学院

申请日:2022-10-31

公开(公告)日:2024-05-10

公开(公告)号:CN115791710B

主分类号:G01N21/63

分类号:G01N21/63;G01J9/02

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2024.05.10#授权;2023.03.31#实质审查的生效;2023.03.14#公开

摘要:本发明提供了一种光自旋轨道相互作用的调节方法及系统,该方法包括构建以石墨烯包裹球形纳米颗粒为原点的xyz三维坐标系,利用右旋圆偏振光照射石墨烯包裹球形纳米颗粒;调节所述右旋圆偏振光的入射强度,得到石墨烯包裹纳米颗粒的散射效率谱;根据所述散射效率谱得到石墨烯包裹纳米颗粒的共振区间,在所述共振区间中固定右旋圆偏振光的入射波长,得到准静态情况下的入射电场与内部电场的双稳图像,对所述双稳图像进行仿真得到近场圆偏振图,根据近场圆偏振图判断自旋轨道相互作用。本发明为灵活调节光自旋轨道相互作用提供了一种有效并且方便的方法。

主权项:1.一种光自旋轨道相互作用的调节方法,其特征在于,包括:S1:构建以石墨烯包裹球形纳米颗粒为原点的xyz三维坐标系,利用右旋圆偏振光照射石墨烯包裹球形纳米颗粒,所述右旋圆偏振光沿z轴方向入射;S2:调节所述右旋圆偏振光的入射强度,根据准静态情况下的线性和非线性归一化散射效率函数,得到石墨烯包裹纳米颗粒的散射效率谱;S3:根据所述散射效率谱得到石墨烯包裹纳米颗粒的共振区间,在所述共振区间中固定右旋圆偏振光的入射波长,得到准静态情况下的入射电场与内部电场的双稳图像,对所述双稳图像进行仿真得到近场圆偏振图,根据近场圆偏振图判断自旋轨道相互作用;其中,所述右旋圆偏振光的入射强度表示为: 其中,E0表示纳米颗粒的局域场,i表示虚数单位,表示x方向的单位向量,表示y方向的单位向量,表示波数,ω表示角频率,λ表示波长,εh表示背景介质的介电常数,z表示xyz三维坐标系中的z轴,t表示时间;所述准静态情况下的线性和非线性归一化散射效率函数的求解方法包括以下步骤:S21:求解拉普拉斯方程在石墨烯界面处的通解,基于纳米颗粒表面的石墨烯层是一个导电率σ的导电壳层,得到边界条件;S22:根据所述通解和所述边界条件求解出未知系数A、B;S23:基于石墨烯的表面电导率是与场相关并且是非线性的特性,得到石墨烯的表面电导率的随机相位近似下的简化形式;S24:根据准静态近似,结合未知系数A、B和简化形式,得到纳米颗粒内部的局域电场和外部电场的关系,并得到准静态情况下的线性和非线性归一化散射效率函数;所述拉普拉斯方程在石墨烯界面处的通解为: 其中,φc表示纳米颗粒内部的电势,φh表示纳米颗粒外的电势,A表示系数,E0表示纳米颗粒的局域场,r表示纳米颗粒的半径,i表示虚数单位,θ表示该点与坐标原点的连线和电场x分量之间的夹角,θ′表示该点与坐标原点的连线和电场y分量之间的夹角;所述边界条件表示如下: 其中,Eh、Dh分别表示纳米颗粒外部的电场和电位移矢量,Ec、Dc分别表示纳米颗粒内部的线性局域场和电位移矢量,表示纳米颗粒的半径表面散度,J=σE=σEc表示电流密度矢量,r表示纳米颗粒的半径,表示石墨烯和外部分界面法线方向的单位矢量;所述未知系数A、B表示如下: 其中,Θ=iσωaε0,i表示虚数单位,σ表示电导率,ε表示相对介电常数,εh表示背景介质的介电常数,ε0表示真空介电常数,ω表示角频率,a表示纳米颗粒的半径,A表示系数,B表示石墨烯包裹的球体的偶极化率;所述石墨烯的表面电导率的随机相位近似下的简化形式表示如下: 其中,Ec表示纳米颗粒内部的线性局域场,σg表示石墨烯线性电导率,σ3表示石墨烯三阶非线性电导率,e,EF,τ分别表示电子电荷量,约化普朗克常数,费米能级,光电子弛豫时间,i表示虚数单位,ω表示角频率,υF表示费米速度;所述纳米颗粒内部的线性局域电场和外部电场的关系表示如下: 其中,Ec表示纳米颗粒内部的线性局域场,E0表示纳米颗粒的局域场,ε=2.25表示相对介电常数,εh表示背景介质的介电常数,ε0表示真空介电常数,σg表示石墨烯线性电导率,i表示虚数单位,ω表示角频率,a表示纳米颗粒的半径;所述准静态情况下的线性和非线性归一化散射效率函数表示如下: 其中,λ表示入射波长,εh表示背景介质的介电常数,i表示虚数单位,a为纳米颗粒的半径,α表示辐射校正过的电极化率,α0表示石墨烯包裹纳米球的电极化率,ε表示相对介电常数,εh表示背景介质的介电常数,Θ=iσωaε0,σ表示电导率,ω表示角频率,ε0表示真空介电常数。

全文数据:

权利要求:

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