第1章緒論1
1.1光的自旋輸運現像2
1.1.1電子的自旋輸運2
1.1.2光子的自旋輸運3
1.2非均勻介質中的幾何光學概述4
1.2.1程函方程5
1.2.2光線方程7
1.3復幾何光學概述8
1.3.1基於光線的復幾何光學9
1.3.2基於程函的復幾何光學11
1.4光學角動量概述13

第2章自旋光在非均勻介質中的傳播17
2.1光學自旋輸運效應概述18
2.1.1光的自旋霍爾效應19
2.1.2貝裡幾何相位22
2.1.3貝裡幾何相位的經典測量24
2.2自旋光在非均勻介質中傳播的研究方案28
2.2.1Zel′dovich的研究方案28
2.2.2K.Yu.Bliokh的研究方案32
2.2.3C.Duval的研究方案37

第3章光學度規理論40
3.1光在靜態非磁性各向同性介質中的光學度規41
3.1.1光在運動介質中傳播的有效度規41
3.1.2光在靜態非磁化非均勻介質中傳播的有效度規42
3.2彎曲時空中自旋粒子的運動方程43
3.2.1零測地線方程44
3.2.2Papapetrou-Souriau方程45
3.2.3光線方程47
3.3彎曲時空中的麥克斯韋方程與自旋軌道耦合48
3.3.1彎曲時空中的麥克斯韋方程48
3.3.2非均勻介質中光子的哈密頓量51
3.3.3自旋-自旋相互作用對極化光傳播的影響53
3.3.4自旋-自旋相互作用對光子相位的影響55
3.4極化光束在非均勻介質中的演化57
3.4.1包含自旋-軌道耦合修正的程函方程58
3.4.2極化高斯光束在各向同性的非均勻介質中的傳播60
3.4.3極化高斯光束的自旋霍爾效應65

第4章基於矩陣光學方法的自旋光輸運71
4.1矩陣光學基本知識簡介72
4.1.1光線方程與光線矢量72
4.1.2典型的變換矩陣75
4.1.3光學繫統的變換矩陣80
4.2柯林斯衍射積分87
4.2.1變換矩陣與柯林斯衍射積分87
4.2.2利用柯林斯衍射積分研究光束傳輸88
4.3基於矩陣光學方法的非線性介質中的光束傳播95
4.3.1強非局域非線性介質中的波動方程95
4.3.2強非局域非線性介質中的變換矩陣97
4.4基於矩陣光學方法的自旋光輸運研究102
4.4.1含自旋-軌道耦合的光學變換矩陣103
4.4.2自旋光在梯度非均勻介質中的演化規律106

第5章艾裡光束的自旋輸運112
5.1艾裡光束簡介113
5.2艾裡光束的傳播特征117
5.2.1艾裡光束的無衍射特性117
5.2.2艾裡光束的自加速特性118
5.2.3艾裡光束的自愈特性118
5.3艾裡光束在手性介質中的傳播120
5.3.1手性介質的光學變換矩陣120
5.3.2艾裡光束在手性介質中的演化規律120
5.4艾裡光束在非均勻介質中的相變126
5.4.1基於矩陣光學的艾裡光束相變研究126
5.4.2基於矩陣光學的雙曲餘弦艾裡光束相變研究131
5.5艾裡光束在非均勻介質中的自旋輸運132
5.5.1線性非均勻介質中的艾裡光束自旋輸運效應132
5.5.2拋物線形非均勻介質中的艾裡光束自旋輸運效應138

參考文獻146

光與物質相互作用是所有光學現像以及光電子現像的基礎。光子像電子一樣，也有自旋，光的右旋和左旋偏振態分別對應於光子的兩個自旋態。光的自旋在其傳播過程中將會導致一些特殊的自旋輸運行為，比如貝裡幾何相位和自旋霍爾效應的出現。研究在非均勻介質中光的自旋輸運行為和結構光場（如艾裡光束）的自旋輸運效應，以及光場內部結構對其輸運效果的影響，對於進一步探究自旋光子學以及拓撲光子學的研究有一定的學術價值，可以為基於光波導的自旋光子學器件設計提供參考。
本書是筆者在長期對光電信息調控技術研究的基礎上撰寫而成，繫統介紹了在非均勻介質中光的自旋輸運行為，以及結構光場（如艾裡光束）的自旋輸運效應，揭示了光場內稟結構對光束傳播的影響。全書內容共分為5章：第1章介紹了光的自旋輸運現像、復幾何光學概述以及光學角動量的基本概念；第2章介紹了自旋光在非均勻介質中傳播時由自旋軌道相互作用所導致的兩個效應，包括自旋霍爾效應和貝裡幾何相位；第3章介紹了利用引力場中自旋粒子的測地線方程和光學度規理論來進行光學自旋霍爾效應研究的理論方法；第4章介紹了基於矩陣光學方法的自旋光輸運行為；第5章介紹了艾裡光束在非均勻光學介質中的自旋輸運特征。
本書的出版得到國家自然科學基金項目（11974101）的資助及河南科技大學的大力支持，在此表示感謝！
由於筆者水平所限，不妥之處在所難免，懇請讀者批評指正。

編著者