[发明专利]一种多层拓扑绝缘体的Faraday极化偏转分析方法

说明书

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种多层拓扑绝缘体的Faraday极化偏转分析方法，包括以下步骤：S1、建立多层拓扑绝缘体结构的模型；S2、确定边界条件；S3、计算多层拓扑绝缘体的传输矩阵；S4、计算光从普通介质入射至多层拓扑绝缘体的透射系数；S5、计算所述模型下的Faraday旋转角和透射光相位差。本发明根据传输矩阵法计算线偏振光从普通绝缘体入射到多层拓扑绝缘体的Faraday极化偏转角以及相位差的方法，能准确地分析多层拓扑绝缘体的Faraday效应的特性。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种多层拓扑绝缘体的Faraday极化偏转分析方法。

背景技术

光通过玻璃介质时，施加平行于传播方向的磁场，透射光偏振面会发生旋转，即发生Faraday效应。Faraday效应能广泛应用于磁光隔离器、磁光记录、电流传感器等。

由于存在自旋-轨道耦合效应，拓扑绝缘体有平庸的绝缘体态和受时间反演对称性保护的边缘导电态，引起了广泛的研究兴趣。在拓扑绝缘体上传输的电子不会被非磁性杂质反射，从而能稳定的向前传输，能在低耗散电子设备中有广大的应用前景。与普通材料不同，在拓扑绝缘体上外加电场会在同方向上诱导出磁场，外加磁场同样会引起电荷极化，即拓扑绝缘体有拓扑磁电效应。破坏时间反演对称性，诱导出的拓扑磁电效应能使光和拓扑绝缘体相互作用产生Faraday效应。目前为止，已有的拓扑绝缘体光学特性的研究中，主要涉及单界面拓扑绝缘体性质，而其Faraday效应的偏振旋转角度较小，只有10^-3rad。如采用拓扑绝缘体多层结构，可提高偏转角度。因此，如何对Faraday极化偏转进行分析，以实现Faraday偏转效应的叠加，从而得到更大极化偏转角，实现完全极化偏转器。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种多层拓扑绝缘体的Faraday极化偏转分析方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种多层拓扑绝缘体的Faraday极化偏转分析方法，包括以下步骤：

S1、建立多层拓扑绝缘体结构的模型；

S2、确定边界条件；

S3、计算多层拓扑绝缘体的传输矩阵；

S4、计算光从普通介质入射至多层拓扑绝缘体的透射系数；

S5、计算所述模型下的Faraday旋转角和透射光相位差。

作为优选方案，所述步骤S1具体包括：

所述多层拓扑绝缘体结构的模型，由拓扑绝缘体作为介质二和普通绝缘体作为介质三周期性结构组成；其中，每层拓扑绝缘体两表面涂覆有磁性层；将多层拓扑绝缘体结构平行于xoy平面放置，沿z轴传播的光从另一普通绝缘体作为介质一斜入射到多层拓扑绝缘体材料中会产生Faraday效应；

所述拓扑绝缘体中存在拓扑磁电耦合，其修改后的本构方程为：

D＝ε₂E+αΘ₂/πB (1)；

H＝B/μ₂-αΘ₂/πE (2)；

其中，ε₂、μ₂分别为拓扑绝缘体的介电常数和磁导率，Θ₂为拓扑绝缘体的拓扑磁电极化，α为精细常数，E和H分别是电场和磁场强度，D和B分别是电位移矢量和磁感应强度。

作为优选方案，所述步骤S2具体包括：

根据琼斯矢量法，多层拓扑绝缘体结构的入射光电场分量E_i、反射光电场分量E_r和透射光电场分量E_t分别为：