0213003‑1第52卷第2期2023年2月Vol.52No.2February2023光子学报ACTAPHOTONICASINICA石墨烯表面涡旋光束的局域动力学特性分析马万琦，崔志伟（西安电子科技大学物理学院，西安710071）摘要：结合角谱展开方法和矢量势方法，推导了拉盖尔高斯涡旋光束在石墨烯表面反射后的电磁场分量显式表达式。分析了光束的入射角和拓扑荷数，以及石墨烯-衬底系统的费米能量和磁场对涡旋光束在石墨烯表面反射后局域动力学特性的影响。数值结果表明，石墨烯表面反射涡旋光束的能量、动量、自旋/轨道角动量密度分布随着光束入射角和拓扑荷数的变化发生显著变化。同时，改变石墨烯-衬底系统的费米能量和磁场可以有效调节反射涡旋光束的局域动力学特性。为基于涡旋光束局域动力学特性对石墨烯的表征以及基于石墨烯对涡旋光束的调控奠定了理论基础。关键词：涡旋光束；石墨烯；能量；动量；自旋角动量；轨道角动量中图分类号：O436文献标识码：Adoi：10.3788/gzxb20235202.02130030引言近年来，石墨烯因具有优异的光学、电学和力学特性而受到了国内外研究学者的广泛关注［1-3］。石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，其电导率由费米能量决定，而电导率通过施加偏置电压或外部电场在较宽范围内进行调谐［4］。石墨烯一个独特的性质是其反射特性由精细结构常数和本征参数决定［5-6］，这些参数通过静电掺杂改变费米能级来进行调制［7-9］。石墨烯的这种电光调制效应作为增强光与物质相互作用的新手段［10］，对于理解电磁波和光在石墨烯表面的反射特性有着非常重要的作用［11-12］。MERANOM推导得到了石墨烯的菲涅尔系数［13］，并基于该系数研究了石墨烯表面反射高斯光束的Goos-Hänchen（GH）位移和Imbert-Fedorov（IF）位移［14］。随后，ZHUOLinqing等研究了石墨烯表面反射涡旋光束的IF位移［15］，结果表明，通过调节石墨烯的费米能量，可有效控制涡旋光束的IF位移。另一方面，涡旋光束由于其独特的物理性质和新颖的物理效应及其极具潜力的应用前景也受到越来越广泛的关注，已成为光学和光电子学领域的研究热点之一［16］。作为一种特殊形式存在的电磁波，具有特定振幅、相位和偏振态分布的涡旋光束不仅具有能量，而且具有动量和角动量。角动量包括由偏振螺旋决定的自旋角动量和由相位螺旋决定的轨道角动量。能量、动量和角动量作为描述涡旋光束与物质相互作用过程中局域动力学特性的几个重要物理量，有助于揭示物质新的物理效应和特...
