[发明专利]一种实现单向增强光子自旋霍尔效应位移的方法

权利要求书

1.一种实现单向增强光子自旋霍尔效应位移的方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建具有S₄对称性的超表面；所述超表面由超表面结构单元阵列组成；所述超表面结构单元包括外层玻璃与内嵌两个银十字，所述外层玻璃介电常数n₁为2.25，内嵌银十字介电常数符合Drude模型，前端银十字具有长、短两臂，后端银十字和前端银十字尺寸相同，是前端银十字进行C₄旋转后，由玻璃中心平面进行镜像对称获得，且两个银十字间形成法布里-珀罗腔；所述超平面的外层玻璃的规格为420nm×420nm×480nm，在距玻璃中心对称面h₁/2处插入两个银十字，其中h₁为银十字间法布里-珀罗腔的腔长，银十字采用Drude模型，振荡频率为ω_p＝1366×10¹⁶rad·s^-1，等离子常数为ω_c＝3.07×10¹³s^-1，其介电常数计算公式为：

其中，ω为入射光的频率；

(2)基于S₄对称性，实现超表面双侧的单向无反射现象，进而实现单向增强的SHE效应：

前端银十字长臂沿x轴向，使得整个超表面在一端对于p波具有无反射性，其短轴沿y轴向，对s波有极大反射；由于后端银十字长短臂相对于前端轴向相反，其p、s波反射率也相反，即在另一端对于s波具有无反射性，p波有极大反射；即实现发生在超表面不同侧的p和s线偏振光的布儒斯特角现象；其中p波指的是电场方向沿x轴方向的偏振光，s波指的是磁场方向沿x轴方向的偏振光；

(3)分析计算SHE位移的公式，利用超表面进行菲涅尔反射系数的调控，消除菲涅尔系数高阶项，减少分母，从而增大位移；具体包括以下步骤：

(31)SHE位移表达式为：

其中，指的是p偏振入射时的自旋霍尔横向位移，指的是s偏振入射时的自旋霍尔横向位移，C＝k₀ω₀tanθ，k₀为自由空间内波数，ω₀为入射高斯光束的束腰半径，θ为入射角，r_p为p偏振入射时的反射系数，r_s为s偏振入射时的反射系数；

(32)调节银十字间法布里-珀罗腔的腔长h₁，使其满足λ＝2n₁h₁，以此确定工作波长λ；

(33)对银十字长、短臂的长度l₁、l₂以及玻璃端口的规格进行微调并优化，确保结构的布儒斯特角近零；

(34)考虑入射角度0°附近的小角度入射范围，且背景玻璃折射率与空气相近，银十字结构仅调节反射波相位，使反射谱比较平缓，即保证菲涅尔系数高阶