L'effetto Goos-Hänchen e l’effetto Spin Hall per la luce

La legge della riflessione per un raggio di luce fu formulata per la prima volta da Euclide e sta ancora oggi alla base dell’ottica moderna. Tuttavia i raggi di luce sono onde piane che non possono esistere in natura perché per crearli ci vorrebbe un’energia infinita. In natura esistono i fasci di luce, che, riflessi ad un’interfaccia, subiscono piccole deviazioni rispetto alla legge della riflessione. Il fascio riflesso può essere rigidamente traslato rispetto alle predizioni dell’ottica geometrica. Se la traslazione ha luogo nel piano di incidenza si parla di effetto Goos-Hänchen, se la traslazione ha luogo ortogonalmente al piano di incidenza si parla di effetto Spin-Hall per la luce. I fasci di luce possono subire anche deviazioni angolari rispetto alla legge della riflessione. In questo caso si parla di effetto Goos-Hänchen angolare e di effetto Spin-Hall per la luce angolare. Tutti questi fenomeni sono correzioni diffrattive all’ottica geometrica dovute all’estensione finita dei fasci. Questi effetti dipendono dalla polarizzazione del fascio incidente. L’effetto Goos-Hänchen è descritto nella base p ed s. L’effetto Spin-Hall per la luce è descritto nella base circolare destra e sinistra. La dipendenza dalla polarizzazione viene sfruttata in laboratorio per le osservazioni sperimentali di questi fenomeni. Si è mostrato inoltre che anche il momento angolare orbitale della luce svolge un ruolo in questi effetti. La dipendenza dal momento angolare è disaccoppiata rispetto allo stato di polarizzazione del fascio incidente. L’insieme di queste proprietà danno all’effetto Goos-Hänchen e all’effetto Spin-Hall per la luce una grande versatilità. In anni recenti le tecniche sperimentali per l’osservazione di questi fenomeni sono molto progredite. Questi fenomeni sono stati osservati con la precisione del nanometro.
Nel nostro laboratorio usiamo l’effetto Goos-Hänchen e l’effetto Spin-Hall per la luce come nuovi strumenti di indagine in nano-ottica per lo studio di una larga gamma di interfacce. Le possibili applicazioni di queste tecniche includono l’analisi di superfici strutturate e la realizzazione di dispositivi ottici di precisione.