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