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- 저자 : Monu Nath Baitha (검색결과 1 건)
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Enhancement and polarization manipulation of photonic spin hall effect with waveguided-SPR method
Monu Nath Baitha Graduate School, Yonsei University 2023 국내박사
광자 스핀 홀 효과(Photonic spin Hall effect, PSHE)는 plane-polarized wave가 광 표면에서 반사와 굴절 이후 right and left-handed circularly-polarized wave로 분리되는 현상이다. 광자 스핀 홀 효과는 전자의 홀 효과와 매우 유사하며, 다양한 모델과 구조내에서 연구되어 왔지만 아직까지 그 수치가 작고 편광에 의존적이어서 현실적으로 적용하기 어렵다. 플라즈모닉 시스템에서 스핀 홀 효과의 증폭은 가능했으나, 수평 편광이라는 조건에 한정되어 있었다. 광자 스핀 홀 효과를 더 증폭시키고 편광 의존성을 제어하기 위해 새로운 도파로-표면 플라즈몬 공명 (Waveguided surface plasmon resonance, WG-SPR) 방법을 채택하였다. 본 논문에서의 사용한 구조는 금속층 위의 얇은 유리층으로 구성되어 있으며, 수직 및 수평 편광 모두 적용이 가능하다. 입사광의 편광 상태는 광자 스핀 홀 효과에 상당한 영향을 미친다. 본 논문은 도파로-표면 플라즈몬 공명을 이용한 거대 광자 스핀 홀 효과를 이론적으로 분석하였으며, 그 수치를 밀리미터 수준까지 향상시켰다. 이 연구는 플라즈몬 공명 기반 모델을 사용하여 빛의 수직 및 수평 편광 모두에 대해 거대 광자 스핀 홀 효과를 관찰한 첫 번째 연구이다. 또한, 도파관의 층 두께를 조정함으로써 편광을 능동적으로 조작할 수 있으며, 이러한 효과는 광 스핀을 주로 이용하는 수직 및 수평 편광 기반의 양자 광학 장치 및 센서에 적용할 수 있다. 더 나아가, 편광의 전환이 가능한 스핀 광자 홀 효과를 얻기 위해 새로운 방법을 제안하였다. 결과적으로 구조의 물리적인 변화없이 광자 스핀 홀 효과를 관찰 할 수 있다. 이 연구는 광자 스핀 홀 효과를 향상시키는 입사 공명 각도만 변경하여 편광 모드를 능동적으로 제어하는 데 매우 적합하며, 이러한 효과는 스위치, 빔 스플리터, 필터 등의 광 편광 기반 장치에 적용할 수 있다. 또한, 모든 입사각에 대해 편광 독립적인 광자 스핀 홀 효과를 관찰 할 수 있는 연구를 진행하였다. 모든 입사각, 모든 평면 편광 입사파에 대해 수직 편광 광자 스핀 홀 효과와 수평 편광 광자 스핀 홀 효과가 같음을 보였다 (δ_±^H=δ_±^V). 이 연구는 모든 입사각에 대해 광자 스핀 홀 효과의 편광 의존성을 없애기 위해 빛의 스핀-궤도 결합을 조작한 첫 번째 연구이다. 이 연구의 결과는 편광 독립적인 양자 장치 및 센서에 적용할 수 있다. The photonic spin Hall effect (PSHE) explains the separation of right- and left-handed circularly-polarized waves after reflection and refraction of a plane-polarized wave from an optical interface. It is a direct analogy to the electronic Hall effect. To date, PSHE has been explored for many different models and structures, but still, its small value and polarization dependency limits the practical application. In plasmonic systems, the enhanced spin Hall effect (SHE) was previously possible but only for horizontal polarization. To further enhance the PSHE and control the polarization dependency, the novel waveguided surface plasmon resonance (WG-SPR) method has been adopted. The proposed structure comprises a thin glass layer over a metal layer that produces a hybrid mode of transverse magnetic and a regular waveguiding transverse electric mode. The polarization state of the incident light has a substantial impact on the photonic spin Hall effect (PSHE). This thesis reports a theoretical analysis of the giant photonic spin Hall effect (G-PSHE) using WG-SPR. An enhancement of millimeter-scale (more than 2 mm to submillimeter) is achieved. To the best of our knowledge, this is the first study to achieve G-PSHE for both vertical and horizontal polarization modes of light with the SPR-based model. Other findings also indicate the manipulation of active polarization mode by only tuning the wave-guiding layer thickness. This study enables the scope for potential applications of both H- and V-polarized based quantum optical devices and sensors, where light spin plays a pivotal role. Further, a novel method has been proposed to get the polarization-switchable PSHE. Outcomes offer the opportunity of eliminating any physical alteration of the given structure to govern the desired results. This research is highly suited to controlling the active polarization mode of enhanced PSHE by only altering the incident resonance angle. It will be a simple alternative for modern light polarization (spin) based devices such as switches, beam splitters, filters, etc. Furthermore, another study revealed an opportunity to polarization-independent photonic spin Hall effect (PSHE), for all incident angles. This work demonstrates that the horizontal (H) and vertical (V) polarized PSHE will remain the same; (�±ு = �±) for any plane-polarized incident wave at any incident angle. This is the first study where the Spin-Orbit coupling of light has been manipulated to vanish the polarization dependency of PSHE for all incident angles. The results of this study pave the way for feasible future applications of new polarization-independent quantum devices and sensors.
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