Cuando un haz se refleja (o refracta) en la interfaz óptica o se propaga a través de un medio no homogéneo, los fotones con momentos angulares de espín opuesto se separan entre sí, lo que da como resultado una división de la luz dependiente del espín, y este fenómeno se denomina espín fotónico de Hall. efecto (ELLA). El SHE fotónico es un efecto físico fundamental que se origina en la interacción espín-órbita de la luz. Se puede considerar como un análogo del efecto Hall de espín en los sistemas electrónicos:los componentes de polarización circular de la luz dextrógiros y zurdos desempeñan el papel de electrones de espín hacia arriba y hacia abajo, respectivamente, y el gradiente del índice de refracción juega El papel del gradiente de potencial. Las propiedades físicas únicas del SHE fotónico y su poderosa capacidad para manipular fotones lo han convertido en un punto caliente en la óptica moderna, con amplias perspectivas de aplicación en metrología precisa, procesamiento óptico analógico, imágenes cuánticas y microscopía. Recientemente, el grupo de investigación de los profesores Hailu Luo/ Shuangchun Wen de la Universidad de Hunan en China ha sido invitado a revisar los fundamentos y las aplicaciones emergentes de fotónica SHE. Desde la perspectiva de la interacción espín-órbita sustentada por fases geométricas, describieron sistemáticamente los conceptos fundamentales y los avances recientes del SHE fotónico, y destacaron sus importantes aplicaciones en la medición de parámetros físicos, la computación óptica analógica y la detección de bordes de imágenes totalmente ópticas.

El grupo de investigación de los profesores Hailu Luo/ Shuangchun Wen se ha dedicado a la fotónica de espín durante años. Es uno de los primeros equipos del mundo en llevar a cabo la metrología de precisión de parámetros físicos y la computación óptica analógica basada en el SHE fotónico.

Metrología de precisión de parámetros físicos

El SHE fotónico es un efecto débil que produce cambios dependientes del espín, generalmente solo del orden de sublongitud de onda. El mecanismo de amplificación de valor débil de las mediciones cuánticas débiles proporciona una forma factible de amplificar y medir este pequeño cambio con precisión. Mientras tanto, debido a la alta sensibilidad del SHE fotónico a los coeficientes ópticos, puede usarse como una sonda de sistema de medición débil para la metrología de precisión de parámetros físicos. La precisión de la medición correspondiente se puede mejorar en dos órdenes de magnitud más que los métodos convencionales en las mediciones experimentales existentes de cristales atómicos bidimensionales, como la determinación de la conductividad del grafeno [Fig. 1(a)] y examinando el modelo óptico de grafeno [Fig. 1(b)]. Además, el cambio de giro de Hall está estrechamente relacionado con la actividad óptica de soluciones químicas o biomoléculas, por lo que también puede adoptarse como una herramienta precisa para desarrollar aplicaciones de detección ultrasensibles.

Informática óptica analógica y detección de bordes de imágenes

La computación óptica analógica toma la luz como portadora para realizar el procesamiento de la información mediante el uso del cambio de fotones en la propagación del haz, que tiene una naturaleza paralela intrínseca para operaciones de alta velocidad y a gran escala y, por lo tanto, muestra una capacidad de integración superior en comparación con los procesos digitales tradicionales. La detección de bordes ópticos, una rama de aplicación importante de la computación óptica analógica, vuelve a teñir características geométricas importantes al reducir la cantidad de datos que se procesarán y extraer información significativa en la imagen. Basado en el SHE fotónico en la computación de metasuperficies, la detección de bordes de imagen de banda ancha multifuncional con resolución ajustable se puede realizar después de la diferenciación espacial de primer orden (Fig. 2).

Además de las fuentes de luz clásicas, la interacción espín-órbita de las fuentes de luz cuánticas también juega un papel importante en la detección de bordes de imágenes. Como se muestra en la Fig. 3, se pueden obtener diferentes resultados de imágenes cambiando de forma remota el estado de polarización de los fotones (utilizados para la activación) en el par de fotones entrelazados, lo que permite el cambio remoto de imágenes en los modos de detección regular y de borde. En comparación con la detección en la óptica clásica, la detección de bordes cuánticos y el procesamiento de imágenes basados ​​en fotones entrelazados muestran una mayor relación señal-ruido al mismo nivel de flujo de fotones. El desarrollo de la computación óptica analógica basada en el SHE fotónico para realizar el procesamiento de imágenes completamente óptico, también posee importantes perspectivas de aplicación en imágenes de microscopía, imágenes cuánticas, inteligencia artificial, etc.

La investigación sobre el SHE fotónico proporciona un grado único de libertad en la manipulación de fotones, para impulsar el desarrollo de dispositivos de espín Hall, incluso puede promover la formación de una disciplina emergente llamada fotónica de espín. + Explora más

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