磁光光束侧位移及其传感应用研究

Beam lateral displacements are longitudinal shift (Goos-Hänchen, GH)and transversal shift （Imbert-Fedorov，IF） when total internal reflection occurs, which can be used to design and fabricate biochemical sensors with high sensitivity. In a magneto-optic (MO) waveguide, the beam lateral displacement can be adjusted and controlled by the applied magnetic field, which are called MOGH and MOIF effects. In this project, we propose a prism-waveguide coupling system with MO material, establish and complete the theoretical analysis model, improve the analytical computation method, and design and fabricate biochemical sensors with flexible design and convenient operation. The nonreciprocal effect of MO material improves the refractive index sensitivity over 4 to 5 times and resolution by one order of magnitude (about 0.000001) than GH effect in low-concentration fluid sensing. In addition, we analyze the influences of intrinsic mode, photonic angular momentum and light filed distribution on the MOIF shift, and explore their applications in highly sensitive sensing and photonic angular momentum control in the field of quantum information.

光束侧位移是光在界面发生全发射时的纵向（Goos-Hänchen, GH）和横向（Imbert-Fedorov，IF）位移，利用光束侧位移的增强效应可以设计和制作高灵敏度生化传感器。在磁光（magneto-optic,MO）材料波导中，光束侧位移可以通过外加磁场进行调节和控制，实现MOGH效应和MOIF效应。本课题以含磁光材料的棱镜波导耦合系统为研究对象，建立和完善MOGH效应的理论分析模型和解析计算方法，利用MOGH效应设计并制作设计灵活、操控方便的生化传感器。由于磁光材料的非互易性，这种传感器在探测低浓度液体折射率时的灵敏度可提高4-5倍，分辨力可提高一个数量级（达0.000001）。此外，通过分析在不同外加磁场作用下波导的本征模式、光子角动量和光场分布对MOIF位移的影响规律，探索其在高精度传感和量子信息领域的光子角动量操控方面的潜在应用。

光束侧位移是光在界面发生全发射时的纵向（Goos-Hänchen, GH）和横向（Spin Hall effect of light, SHEL）位移。在磁光（magneto-optic, MO）材料波导中，光束侧位移可以通过外加磁场进行调节和控制，实现MOGH效应和MOSHEL效应。本课题以含磁光材料的棱镜波导耦合系统为研究对象，建立和完善MOGH效应的理论分析模型和解析计算方法，搭建了MOGH位移的弱测量测试平台，并探索利用MOGH效应设计并制作设计灵活、操控方便的生化传感器。我们以金铁薄膜为例，测试出了磁场方向不同时的GH位移变化情况。此外，我们在光自旋霍尔效应的理论分析方面也取得了阶段性的成果。我们提出使用磁性材料外加变化磁场来实现光自旋霍尔效应的增强与灵活调控，通过分析在不同外加磁场作用下波导的本征模式、光子角动量和光场分布对MOSHEL位移的影响规律，探索了其在高精度传感和量子信息领域的光子角动量操控方面的潜在应用。