[发明专利]一种基于电偶极子辐射模型的任意取向磁化场的产生方法

说明书

本发明公开了一种基于电偶极子辐射模型的任意三维取向磁化场的产生方法，包括聚焦透镜和特定空间取向振荡的两个电偶极子，根据电偶极子天线辐射理论计算得到远场空间任意处两个所述的电偶极子的辐射电场；根据透镜函数，通过所述辐射电场逆向推导得到所述聚焦透镜入瞳处的入射光场，根据所述入射光场，借助Debye矢量衍射理论计算得到聚焦光场，所述聚焦光场通过反法拉第效应计算得到相应取向的磁化场。本发明能够产生亚波长尺度下任意三维空间取向的磁化场，且在磁化场半高全宽空间范围内，磁化场取向纯度可达93％以上。这将为微纳空间尺度局域磁化行为的系统观测以及多维全光磁存储提供有力的技术支持。

技术领域

本发明属于磁化场调控与光磁存储技术领域，具体涉及一种基于电偶极子辐射模型的任意取向磁化场的产生方法。

背景技术

对磁材料的磁化场进行灵活调控，在磁动力学、自旋波操控以及磁信息记录等研究领域中具有十分重要的意义。例如，通过对磁化场取向的调控，人们可灵活控制电子自旋波的振动与传播方向，还可实现电子磁矩的反转，并有效应用于磁存储中。目前，人们主要基于外加磁场对磁材料磁化场取向进行调控。利用这种方法进行磁化场取向调控的弊端在于难以实现小空间尺度(微米、纳米尺度)磁化场空间取向的精确控制。因而，外加磁场大多应用于大面积水平磁化场或垂直磁化场(即磁化场方向平行或垂直于磁材料表面)的调控中，极大地降低了磁化场取向调控的自由度。由于人们需要在减小磁化单元空间尺寸的基础上，充分利用磁化场的三维空间取向，以实现微纳空间尺度局域磁化行为的系统观测，如何精确控制微纳空间磁化场三维取向俨然成为当今磁学领域的重要议题。

与传统外加磁场相比，光场具有更为丰富的物理属性，例如波长、偏振态、角动量等。此外，光场还可通过高数值孔径透镜聚焦，将聚焦光斑限制在几百纳米的空间尺度。因此，若能将光场与磁材料磁化场联系起来，即利用光场对磁化场进行调控，微纳空间尺度三维取向磁化场的产生将变得更为灵活可行。二十世纪六十年代，反法拉第效应(InverseFaraday effect,IFE)被人们所提出(L.P.Pitaevskii,Sov.Phys.JEPT 12,1008(1961)；P.S.Pershan,Phys.Rev.130,919(1963))。当圆偏振入射光照射在光磁材料上时，光磁材料中将诱导产生等效磁场，并进一步影响磁材料的磁化场，且这一诱导磁化场的取向与入射圆偏振光的旋向和偏振面取向有关。由此可见，基于反法拉第效应，人们可通过调控入射光场的偏振态来实现对光磁材料磁化场的调控。基于这一原理，人们在理论上预测了亚波长尺度纯纵向磁化场(Y.Jiang,et al.,Opt.Lett.38,2957(2013)；S.Wang,et al.,Opt.Lett.39,5022(2014))与纯横向磁化场(S.Wang,et al.,Opt.Lett.42,5050(2017))的产生。然而，这些工作也仅限于水平(纯横向)磁化场与垂直(纯纵向)磁化场的调控，仍旧未对磁化场的三维空间取向加以有效利用。其主要原因在于，利用传统的正向算法，即利用已知入射光场来计算聚焦空间中磁化场取向，人们难以找到任意三维取向磁化场与入射光场间的一一对应关系。这为光控获取三维取向磁化场带来了难以突破的技术瓶颈。

逆向算法为此提供了全新的思路。目前，逆向算法已应用于功能性聚焦光场结构的获得，例如光针与球形光斑(W.Chen,et al.,Opt.Lett.34,2444(2009)；J.Wang,et al.,Opt.Express 18,21965(2010))。类似地，将所需的任意三维空间取向的磁化场作为出发点，利用电偶极子辐射模型逆推得到入射光场分布，将使光控获取三维取向磁化场的瓶颈技术问题迎刃而解。

因此，有待对现有的技术进行进一步的改进，提供一种基于电偶极子辐射模型的任意三维空间取向的磁化场的产生方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于电偶极子辐射模型的任意三维空间取向磁化场的产生方法。