Необычные законы отражения и преломления света Н.Д. Кундикова Лаборатория нелинейной оптики, Институт электрофизики УрО РАН, УрО РАН, Южно-Уральский государственный университет Самара

Южно-Уральский государственный университет Институт электрофизики УрО РАН Лаборатория нелинейной оптики 2

Содержание Немного истории Немного истории Граница раздела двух сред Граница раздела двух сред –Пучки с нулевым орбитальным моментом –Пучки с ненулевым орбитальным моментом Пленка на подложке Пленка на подложке –Пучки с нулевым орбитальным моментом –Пучки с ненулевым орбитальным моментом 3

Немного истории 4

Исаак Ньютон Оптика, или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света 1704

Исаак Ньютон

Углы отражения и преломления лежат в одной плоскости с углом падения Углы отражения и преломления лежат в одной плоскости с углом падения Угол отражения равен углу падения Угол отражения равен углу падения Луч, преломленный из менее оптически плотной среды в более оптически плотную, отклоняется в сторону перпендикуляра, то есть угол преломления меньше угла падания Луч, преломленный из менее оптически плотной среды в более оптически плотную, отклоняется в сторону перпендикуляра, то есть угол преломления меньше угла падания 1704

Виллеброрд Снеллиус 8

Отрицательные среды 9

Обращение волнового фронта Обращение волнового фронта – обратить распространение света через оптическое волокно Распространение света через оптическое волокно

Обращение волнового фронта Обращение волнового фронта – свет распространяется назад через волокно точно по той же траектории Распространение света через оптическое волокно

Граница раздела двух сред 12

Закон Снелиуса

А для пучков?

Пучки с нулевым орбитальным моментом 15

Полное внутреннее отражение Оптическое волокно

Продольный и поперечный сдвиги светового луча при полном внутреннем отражении Гус и Ханхен Величина сдвига различна для s - и p - поляризации – Величина сдвига различна для s - и p - поляризации Федоров, Кристоффель , Имбер –Сдвиг имеет разные направления для лево и право циркулярной поляризации света

Федор Иванович Федоров 1955 Николай Николаевич Кристоффель 1956 теоретическое предсказание поперечного сдвига циркулярно поляризованного луча при полном внутреннем отражении

Поперечный сдвиг при полном внутреннем отражении Эксперимент - Имбер 1978 Разные направления для лево и право циркулярной поляризации света C. Imbert, Phys. Lett. A 31, 337 (1970). C. Imbert, Phys. Rev. D 5, 787 (1972).

1938 Сергей Михайлович Рытов Василий Васильевич Владимирский 1941 Поворот плоскости поляризации при распространении света по неплоской траектории 20

Оптический эффект Магнуса Лазер Поляризационная система Волокно Фрагменты спекл-картин для право и лево циркулярно поляризованного света

Оптический эффект Магнуса А.В.Дугин, Б.Я.Зельдович, Н.Д. Кундикова, В.С.Либерман Поворот спекл-картины циркулярно поляризованного света, прошедшего через оптическое волокно, при смене знака циркулярной поляризации

Оптический эффект Магнуса А.В.Дугин, Б.Я.Зельдович, Н.Д. Кундикова, В.С.Либерман Поворот спекл-картины циркулярно поляризованного света, прошедшего через оптическое волокно, при смене знака циркулярной поляризации

Момент импульса фотона L.Allen, M.W.Beijersbergen, R.J.C.Spreeuw, J.P.Woerdman, Phys.Rev.A, 1992

Оптический эффект Холла 25

Поперечный сдвиг циркулярно поляризованного луча при отражении и преломлении 2004 Masaru Onoda, Shuichi Murakami, Naoto Nagaosa, Phys. Rev. Lett, 2004 Оптический эффект Холла В фотонных кристаллах сдвиг может быть макроскопическим

Угол падения не равен углу отражения Неполное отражение рад

Пучки с ненулевым орбитальным моментом 28

Поперечный пространственный и угловой сдвиги для пучков с ненулевым орбитальным моментом 29 Не зависит от поляризации 2001

Поперечный пространственный сдвиг для пучков с ненулевым орбитальным моментом - эксперимент

Поперечный пространственный и угловой сдвиги для пучков с ненулевым орбитальным моментом 31 Эксперимент при отражении от металлической поверхности 2007

Поперечные и продольные пространственные и угловые сдвиги для пучков с ненулевым орбитальным моментом

Сдвиги Гуса-Ханхена и Федорова- Имбера для поляризованных пучков с ненулевым орбитальным моментом 33 K. Y. Bliokh, I. V. Shadrivov, Yu. S. Kivshar, Goos–Hänchen and Imbert– Fedorov shifts of polarized vortex beams Opt. Lett., 34, (2009).

Орбитальный момент увеличивает величину сдвигов 34 N. Hermosa, M. Merano, A. Aiello, and J. P. Woerdman, Orbital angular momentum induced beam shifts Proc. of SPIE, 7950, 79500F-79500F-7 (2011). 2011

Влияние распределения интенсивности в поперечном сечении светового пучка с дислокацией волнового фронта на угловой сдвиг

Пленка на поверхности – пучки с нулевым орбитальным моментом 36

Поперечное расщепление линейно- поляризованного пучка Гаусса на два пучка с ортогональными циркулярными поляризациями 37 отражение от тонкой металлической пленки 2012

Поперечное расщепление линейно- поляризованного пучка Гаусса на два пучка с ортогональными циркулярными поляризациями X. Zhou, Z. Xiao, H. Luo, and S. Wen, Experimental observation of the spin Hall effect of light on a nanometal film via weak measurements, Phys. Rev. A, 85, (2012).

Продольный сдвиг и трансформация гауссова пучка при отражении от тонкой пленки

Отражении от тонкой пленки 40 Ход лучей при отражении от тонкой пленки

Модель отражения от тонкой пленки

Зависимость коэффициентов отражения от угла падения s- поляризация p-поляризация угловой спектр пучка Гаусса

Деформация пучка

Пленка на поверхности – пучки с ненулевым орбитальным моментом 44

Отражение пучка Бесселя от пленки на подложке

46 15 о

Отражение пучка Бесселя от пленки на подложке о

Отражение пучка Бесселя от пленки на подложке 48 Поперечный сдвиг при смене знака орбитального момента порядка 1 микрона Не зависит от знака циркулярной поляризации

Спасибо за внимание!