【摘要】 提出基于高阶拉盖尔高斯模式的自旋轨道霍尔效应检测方法，通过OAM跃迁验证引力波粒子性，为下一代探测器提供新技术路径。

引力波（GW）探测已通过LIGO干涉仪验证了广义相对论的关键预测。在量子层面，引力波对应无质量自旋2粒子——引力子，但其粒子性尚未被直接观测证实。本文提出利用结构光的自旋轨道霍尔效应，为探测引力波的波粒二象性提供新路径。

 

下一代引力波探测器的技术升级

先进LIGO干涉仪开启了引力波天文学时代，而下一代探测器将面临镜面热噪声等极限挑战。解决方案包括：

1.高阶拉盖尔高斯（LGₗₚ）模式​：通过优化激光束模式，平滑镜面热噪声分布

2.低温冷却技术​：抑制衬底布朗运动噪声

3.​全矢量波动力学分析​：解析结构光与引力波的亚波长耦合机制

 

自旋轨道霍尔效应的物理机制

光在引力场中传播时，其自旋角动量​（极化）与轨道角动量​（OAM）的相互作用将引发两类效应：

  • ​自旋无关效应​：中心强度增亮
  • ​自旋相关效应​：光束强度模式旋转

 

实验验证方案

基于四矢量光学狄拉克方程，团队证明：

  • 引力波角动量可驱动光子在不同OAM本征态间跃迁
  • 宏观可观测信号包括：
    ✓ 光束模式四极矩变化
    ✓ 偏振态干涉条纹偏移

该方法为直接探测引力子提供新可能，相关成果发表于[Universe 2022, 8, 535]。

 

参考文献：1.Wu, Q.; Zhu, W.; Feng, L. Testing the Wave-Particle Duality of Gravitational Wave Using the Spin-Orbital-Hall Effect of Structured Light. Universe 2022, 8, 535. https://doi.org/10.3390/universe8100535.

 

科学指南针以分析测试为核心，提供材料测试、环境检测、生物服务、模拟计算、科研绘图等多项科研产品，累计服务1800+个高校、科研院所及6000+家企业，获得了60万科研工作者的信赖。始终秉持“全心全意服务科研，助力全球科技创新”的使命，致力于为高校、院所、医院、研发型企业等科研工作者提供专业、快捷、全方位的服务。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。