基于几何光学方法的自旋光输运研究

　　本书采用拓展的几何光学方法和矩阵光学方法，并考虑光子的自旋-轨道相互作用和自旋-自旋相互作用对其传播的影响，系统地介绍了自旋光在非均匀介质中传播时的自旋输运行为及结构光场的自旋输运效应。主要内容包括：光的自旋输运现象、复几何光学概述以及光学角动量的基本概念，自旋光在非均匀介质中的传播，光学度规理论，基于矩阵光学方法的自旋光输运，艾里光束在非均匀光学介质中的自旋输运特征。 本书内容由浅入深、循序渐进，理论与实践相结合，可供从事光学信息调控技术的科研技术人员使用，也可供高等院校相关专业师生参考。

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第1章绪论1
1.1光的自旋输运现象2
1.1.1电子的自旋输运2
1.1.2光子的自旋输运3
1.2非均匀介质中的几何光学概述4
1.2.1程函方程5
1.2.2光线方程7
1.3复几何光学概述8
1.3.1基于光线的复几何光学9
1.3.2基于程函的复几何光学11
1.4光学角动量概述13

第2章自旋光在非均匀介质中的传播17
2.1光学自旋输运效应概述18
2.1.1光的自旋霍尔效应19
2.1.2贝里几何相位22
2.1.3贝里几何相位的经典测量24
2.2自旋光在非均匀介质中传播的研究方案28
2.2.1Zel′dovich的研究方案28
2.2.2K.Yu.Bliokh的研究方案32
2.2.3C.Duval的研究方案37

第3章光学度规理论40
3.1光在静态非磁性各向同性介质中的光学度规41
3.1.1光在运动介质中传播的有效度规41
3.1.2光在静态非磁化非均匀介质中传播的有效度规42
3.2弯曲时空中自旋粒子的运动方程43
3.2.1零测地线方程44
3.2.2Papapetrou-Souriau方程45
3.2.3光线方程47
3.3弯曲时空中的麦克斯韦方程与自旋轨道耦合48
3.3.1弯曲时空中的麦克斯韦方程48
3.3.2非均匀介质中光子的哈密顿量51
3.3.3自旋-自旋相互作用对极化光传播的影响53
3.3.4自旋-自旋相互作用对光子相位的影响55
3.4极化光束在非均匀介质中的演化57
3.4.1包含自旋-轨道耦合修正的程函方程58
3.4.2极化高斯光束在各向同性的非均匀介质中的传播60
3.4.3极化高斯光束的自旋霍尔效应65

第4章基于矩阵光学方法的自旋光输运71
4.1矩阵光学基本知识简介72
4.1.1光线方程与光线矢量72
4.1.2典型光学单元的变换矩阵75
4.1.3光学系统的变换矩阵80
4.2柯林斯衍射积分87
4.2.1变换矩阵与柯林斯衍射积分87
4.2.2利用柯林斯衍射积分研究光束传输88
4.3基于矩阵光学方法的非线性介质中的光束传播95
4.3.1强非局域非线性介质中的波动方程95
4.3.2强非局域非线性介质中的变换矩阵97
4.4基于矩阵光学方法的自旋光输运研究102
4.4.1含自旋-轨道耦合的光学变换矩阵103
4.4.2自旋光在梯度非均匀介质中的演化规律106

第5章艾里光束的自旋输运112
5.1艾里光束简介113
5.2艾里光束的传播特征117
5.2.1艾里光束的无衍射特性117
5.2.2艾里光束的自加速特性118
5.2.3艾里光束的自愈特性118
5.3艾里光束在手性介质中的传播120
5.3.1手性介质的光学变换矩阵120
5.3.2艾里光束在手性介质中的演化规律120
5.4艾里光束在非均匀介质中的相变126
5.4.1基于矩阵光学的艾里光束相变研究126
5.4.2基于矩阵光学的双曲余弦艾里光束相变研究131
5.5艾里光束在非均匀介质中的自旋输运132
5.5.1线性非均匀介质中的艾里光束自旋输运效应132
5.5.2抛物线形非均匀介质中的艾里光束自旋输运效应138

参考文献146