Revisiting the anomalous spin-Hall effect of light near the Brewster angle

布鲁斯特角 物理 光学 螺旋度 自旋霍尔效应 光束 反射(计算机编程) 自旋(空气动力学) 凝聚态物理 布鲁斯特 自旋极化 量子力学 电子 热力学 计算机科学 程序设计语言
作者
Xiaohui Ling,Weilai Xiao,Shizhen Chen,Xinxing Zhou,Hailu Luo,Lei Zhou
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:103 (3) 被引量:58
标识
DOI:10.1103/physreva.103.033515
摘要

Optical spin-Hall effect (SHE) exhibits many intriguing features as a linearly polarized (LP) light beam strikes an interface at incident angles around the Brewster angle, but the underlying physics remains obscure. Here, we elucidate the physics through reanalyzing this problem employing rigorous calculations and the Berry phase concept. As a circularly polarized (CP) light beam strikes an optical interface, the reflected light beam contains two components, a spin-flipped abnormal mode acquiring geometric phases (thus exhibiting a spin-Hall shift) and a spin-maintained normal mode without such phases. Strengths of these two modes are determined by the incident angle and the optical properties of the interface. Under the LP incidence, however, a spin component inside the reflected light beam must be the sum of normal and abnormal components of reflected light beams corresponding to CP incidences with different helicity, which thus sensitively depends on the incident angle. In particular, at incident angles near the Brewster one, reflection coefficients for two CP components exhibit opposite signs, leading to significant destructive interferences between normal and abnormal modes, finally generating highly deformed reflected light patterns with anomalously enhanced spin-Hall shifts. These findings can be extended to both reflected and transmitted cases with Brewster-like behaviors. Our analyses reinterpret previously discovered effects, providing an alternative understanding on the SHE of light.
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