[发明专利]一种电流驱动光场调控装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种电流驱动光场调控装置，包括磁绝缘体异质结薄膜以及与磁绝缘体异质结薄膜的电极区域接触的重金属电极，重金属电极与电流注入模块的输出端电性连接，电流注入模块的输入端与用于输出正负脉冲的脉冲电源电性连接。本发明采用上述结构的电流驱动光场调控装置，无需外部强磁场的供给，因此可以大大减小体积，利于模块化的集成；并且调控驱动能量来自于外加的弱脉冲电流，主要磁调控反应是发生在样品内部，因此不存在磁场外泄造成干扰的问题；最后由于自旋轨道转矩的响应速度非常快(小于20ms)，且由于脉冲电流方向的高可控性，因此光场调控速度与施加电流脉冲的速度几乎一致。

技术领域

本发明涉及一种光场调控技术，尤其涉及一种电流驱动光场调控装置及其使用方法。

背景技术

光子自旋霍尔效应，根本的物理机制是光子的自旋-轨道相互作用(与电子的自旋霍尔效应类似，两束圆偏振光对应于自旋电子，而折射率(相位)梯度对应于外场)，是指当一束线偏振光在非均匀介质中传输时，自旋相反的分量沿垂直于折射率梯度的方向朝相反方向漂移，从而使得此光束分裂成两束圆偏振光并分居在传输光束截面的两侧。光子自旋霍尔效应已经被广泛应用于判定金属厚度、石墨烯层数、铁的磁光系数、材料的手征性、晶体导电性，同时还可应用于生化传感和光学边缘检测等领域。

随着研究的深入，我们发现利用光子自旋霍尔效应这一物理机制进行动态、实时地调控自旋分裂和光场分布具有极大的基础研究意义及工业应用潜力。截至目前，光子自旋霍尔效应的物理特性及影响因素虽然已被研究，多种调控光子自旋霍尔效应的手段也已经被提出，但还未实现对自旋相关分裂的灵活调控。

近年来，磁光材料(传输媒质的介电常数张量不对称)在光子自旋霍尔效应的调制中展示出了巨大的潜力。当一束线偏振光入射到磁性介质表面并发生反射时，会产生磁光克尔效应(磁光光自旋霍尔效应)。磁光光自旋霍尔效应通过改变磁场大小和方向能够实现对光场较为灵活的调控。然而磁光光自旋霍尔效应的调制对外加磁场的要求较高，由于其通常情况下以永磁铁或电磁铁作为施加磁场的来源，故存在以下几个问题：

1、由于采用的是电磁铁作为外部磁场源，而电磁铁的结构(多匝线圈组合的大型软磁柱)就决定了该光场调控技术组件难以集成；2、为了保证光场调控的效果，因此需要引入较大的外磁场才能推动光场调控的有序实施，这就无法避免存在较大电流的输入(大于3A)，导致存在较多的无用磁场，对周围模块造成磁干扰；3、当光场需要调控到相反方向时，需要电磁铁磁性翻转，工作过程是先将原方向的磁场慢慢下降为零，再反方向提高输出磁场，因此调控速度较慢(大于10s)，响应时间较长。

综上可知，现有调控装置存在磁场大小控制难、磁力线分布复杂、笨重和成本高、稳定性差等问题。因此，能否通过磁场之外的方法实现磁光光自旋霍尔效应的调制，保证磁光光自旋霍尔效应优点的同时解决其应用存在的问题目前仍然是一个具有挑战的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电流驱动光场调控装置，无需外部强磁场的供给，因此可以大大减小体积，利于模块化的集成；并且调控驱动能量来自于外加的弱脉冲电流，主要磁调控反应是发生在样品内部，因此不存在磁场外泄造成干扰的问题；最后由于自旋轨道转矩的响应速度非常快(小于20ms)，且由于脉冲电流方向的高可控性，因此光场调控速度与施加电流脉冲的速度几乎一致。

为实现上述目的，本发明提供了一种电流驱动光场调控装置，包括磁绝缘体异质结薄膜以及与所述磁绝缘体异质结薄膜的电极区域接触的重金属电极，所述重金属电极与电流注入模块的输出端电性连接，所述电流注入模块的输入端与用于输出正负脉冲的脉冲电源电性连接；

实现了通过向磁绝缘体异质结薄膜注入平行于样品表面的电流，引起磁绝缘体异质结薄膜内部的自旋轨道转矩发生可控性翻转，从而调控由磁绝缘体异质结薄膜非电极区域入射的水平偏振的高斯光束，以实现通过电流快速调控光场的目的。