背景介绍

光的横向自旋密度（TSD）描述了场矢量，该场矢量相对于电磁波的局部传播方向横向旋转。具有TSD的典型光学系统有波导模式、表面等离子体激元、近场纳米结构、回音壁模式、干涉平面波和密集聚焦光束。TSD可以用来实现自旋相关的信号路由和单原子光学器件，如隔离器和环行器。因此，TSD为纳米尺度上新型量子信息处理奠定了基础。TSD在光镊和传感中的粒子操纵实验中也具有很大的潜在应用价值。
      实验和理论均表明横向自旋密度的电场和磁场有着根本的区别。对于TSD的电场分量，已经有其他研究人员提出了合适的测量技术，但是，TSD的磁场分量至今还没有被实验研究。基于这些理由，文中第一次详细地介绍了一种用于在纳米尺度上重建TSD的磁场分量的实验方法，该方法可以同时得到TSD的电场和磁场分量。

图1.线性保偏高斯光束的横向自旋密度(TSD)

实验介绍

文中实验装置包括硅基纳米球，其对电场和磁场的响应不同，瞄准一个激光束，在探头上具有特定的偏振。通过测量由探针散射的光，可以确定探针中的电偶极子和磁偶极子是如何激发的，这反过来又允许重建激光的横向自旋密度。在线性偏振光束中，本文研究人员发现，电自旋和磁自旋相对于彼此旋转90度。在径向极化的光束中，横向自旋密度只有电场分量，而在角向极化的光束中，横向自旋密度只有磁场分量。

图2.实验装置示意图

图3.紧聚焦线性、角向、径向保偏光束的实验测量和理论计算TSD电场和磁场分布图

 

来源： https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.021042

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