由纵向电场介导的非线性自旋-轨道耦合在高度聚焦的光中

《Laser & Photonics Reviews》：Nonlinear Spin-Orbit Coupling Mediated by Longitudinal Electric Fields in Tightly Focused Light

光场近场自旋轨道耦合效应通过非线性薄膜转化为远场二次谐波信号，揭示圆偏振泵浦下拓扑电荷±1和±3的生成机制，以及线偏振泵浦引起的自旋依赖场位移现象。

　　

摘要

聚焦光具有强烈的自旋-轨道耦合（SOC）效应，但这些效应通常局限于焦平面内，无法在远场直接观测到。本文通过在焦平面引入非线性薄膜，证明二次谐波生成（SHG）能够有效地将这些近场SOC特征转化为远场可检测的信号。由于纵向电场在SHG过程中的关键作用，圆偏振泵浦光束会在两个自旋分量中产生拓扑电荷为m = ±1和m = ±3的二次谐波涡旋，这是由于基波的精密聚焦和二次谐波场的准直过程中自旋-轨道耦合效应的级联作用所致。相比之下，线偏振泵浦会在二次谐波场中引起自旋依赖的位移，这种现象归因于横向电场分量与纵向电场分量之间的耦合。此外，在傅里叶空间还观察到了和频生成信号，进一步丰富了非线性光学响应。这些发现加深了人们对非线性光学过程中自旋-轨道耦合机制的理解，并为设计非线性自旋光子器件提供了理论依据。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。