[发明专利]基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置及方法

权利要求书

1.一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置，其特征在于，包括依次设置的激光器（1）、光阑（2）、半波片（3）、第一透镜（4）、第一格兰偏振镜（5）、比色皿（6）、薄膜SiO₂-YIG-CeYIG（7）、第二格兰偏振镜（8）、第二透镜（9）以及激光光束分析仪CCD（10）；

利用激光器（1）发出波长为632.8纳米的激光；利用光阑（2）限制激光的杂散光；利用半波片（3）调节经限制杂散光后的激光光强；利用第一透镜（4）聚焦激光光束，并通过第一格兰偏振镜（5）对激光光束进行预选，将经预选的激光光束通过装有手性溶液的比色皿（6）照射至薄膜SiO₂-YIG-CeYIG（7）上进行全反射，耦合得到自旋分裂；通过第二格兰偏振镜（8）以及第二透镜（9）使自旋分裂后激光的各单独分量发生干涉，放大观测量，并利用激光光束分析仪CCD（10）进行光斑显示以及光斑位移读取。

2.根据权利要求1所述的基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置，其特征在于，所述薄膜SiO₂-YIG-CeYIG（7）为三层薄膜结构。

3.根据权利要求1所述的基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置，其特征在于，所述全反射的入射角为73°。

4.根据权利要求1所述的基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置，其特征在于，所述激光器发出的激光为水平偏振的高斯光束，所述高斯光束的角谱E_i表达式如下：

其中，w₀表示束腰宽度，k_ix、k_iy分别为入射波矢的x分量和y分量。

5.根据权利要求1所述的基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置，其特征在于，所述激光器发出的激光入射至第一格兰偏振镜的偏振态的表达式如下：

其中，和表示两个本征的量子态。

6.根据权利要求1所述的基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置，其特征在于，所述激光光束通过比色皿后，所述手性分子手性分辨装置的初态的表达式如下：

其中，表示手性溶液的旋光角，表示水平偏振态，表示垂直偏振态。

7.根据权利要求4所述的基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置，其特征在于，所述光斑位移的表达式如下：

其中，表示光斑位移，z表示第二透镜的有效焦距，表示瑞利距离，表示旋光角，k表示波矢，W₀表示束腰半径，r_s表示s偏振光反射系数，r_p表示p偏振光反射系数，表示水平偏振光在界面反射所产生的光，表示水平偏振光在界面反射所产生的光，R₀表示光束的瑞利距离，表示入射角。

8.一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用超声波溶解待测样品；

S2、利用超声波洗净薄膜SiO₂-YIG-CeYIG，并利用折射率匹配液将薄膜SiO₂-YIG-CeYIG黏在起支撑作用的棱镜上面；

S3、开启激光器，并利用光阑限制激光器发出的激光，以及利用半波片调节经限制杂散光后的激光光强；

S4、利用第一透镜聚焦激光光束，并通过第一格兰偏振镜对激光光束进行预选，将经预选的激光光束通过装有去离子水的比色皿照射至薄膜SiO₂-YIG-CeYIG上进行全反射，耦合得到自旋分裂；

S5、通过第二格兰偏振镜以及第二透镜使自旋分裂后激光的各单独分量发生干涉，放大观测量，并利用激光光束分析仪CCD呈现对称且无杂斑的两个光斑，并记录该时刻的纵坐标，以及将所述纵坐标视为零点；

S6、利用移液器将去离子水从比色皿中吸出，并利用移液器放入待测手性溶液；

S7、在比色皿中加入待测手性溶液，并利用激光光束分析仪CCD进行光斑显示以及读取纵坐标位移；

其中，光斑位移的表达式如下：

其中，表示光斑位移，z表示第二透镜的有效焦距，表示瑞利距离，表示旋光角，k表示波矢，W₀表示束腰半径，r_s表示s偏振光反射系数，r_p表示p偏振光反射系数，表示水平偏振光在界面反射所产生的光，表示水平偏振光在界面反射所产生的光，R₀表示光束的瑞利距离，表示入射角。