1 河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
2 河南科技大学化工与制药学院, 河南 洛阳 471023
3 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
为研究高阶衍射级光束的轨道角动量, 基于计算全息法在空间光调制器的傅里叶平面产生了不同衍射级的完美涡旋光束, 并利用球面波干涉法对其拓扑荷值进行了测量。理论和实验结果表明不同衍射级 p 上的整数阶和分数阶完美涡旋光束的拓扑荷值 l 都满足 l=mp 的关系, 其中 m 是相位掩模板的拓扑荷值。并进一步对不同衍射级的光学涡旋阵列进行了实验研究, 结果表明光学涡旋阵列中光学涡旋的拓扑荷值满足 l=p 的关系, 高阶衍射级上的衍射光束比 +1 级衍射光束具有更大的轨道角动量。该研究为光学涡旋及光学涡旋阵列进一步的研究及应用提供了理论和实验参考。
傅里叶光学 轨道角动量 计算全息 完美涡旋光束 光学涡旋阵列 Fourier optics orbital angular momentum computer generated holography perfect vortex beam optical vortex array
1 河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 河南科技大学化工与制药学院, 河南 洛阳 471023
多平面波干涉(MPWI)是产生光学涡旋晶格(OVL)的一种经典方式。通过定义波矢空间坐标系,提出了一种基于MPWI的OVL调控方法,模拟生成了四个平面波和五个平面波干涉产生的OVL,计算了其梯度力和能流分布,分析了其在微粒操纵领域中的应用。然后,通过调控其部分波矢大小和旋转波矢角度,得到了更加丰富灵活的光场分布。最终,通过分析其梯度力和能流分布,发现该调控方法可以定制适合粒子操纵的特殊光场。该研究丰富了基于MPWI的OVL的空间模式,为OVL的应用提供了新思路。
物理光学 多平面波干涉 光学涡旋晶格 微粒操纵 光学学报
2021, 41(21): 2126001
1 河南科技大学 物理工程学院，河南 洛阳 471023
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
3 河南科技大学 化工与制药学院，河南 洛阳 471023
轨道角动量（OAM）的发现为光镊的研究开辟了新的道路。但具有OAM的光束在操纵微粒时，由于生物细胞不可能大小形状完全相同，所以当其进行旋转等操作时，粒子运动速度的不均匀会导致粒子之间的间距不可控。针对该问题，首先通过任意曲线塑形技术，并为传统摆线公式附加曲率调控参数提出了一种调控模式丰富的摆线光束，理论分析了该光束的OAM和梯度力，证明了解决上述问题的可能性。最后在实验中实现了粒子在运动过程中的启停，且成功操纵三个粒子进行等间距旋转，实验测得三个微粒在整个旋转过程中间距变化的误差可以维持在纳米级。这项工作为未来光捕获和操纵多种微粒在其他领域的应用铺平了道路，特别是在生物科学领域。
物理光学 全光光镊 计算全息 空间光调制 physical optics all-optical tweezers computational holography spatial light modulation 红外与激光工程
2021, 50(9): 20210380
1 河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
2 河南省光电储能材料与应用重点实验室, 河南 洛阳 471023
3 河南科技大学化工与制药学院, 河南 洛阳 471023
完美涡旋光场模式的单一性难以满足其在多种领域的应用需求。为解决该问题,提出了一种同心矢量完美涡旋模式,其光强分布为一族同心的矢量完美涡旋,各环矢量完美涡旋的性质得到了验证。研究发现,每个完美涡旋的光环大小、偏振阶数等特征参数相互独立。对同心矢量完美涡旋模式光环叠加的实验表明,与标量完美涡旋光束叠加不同,矢量叠加产生的子涡旋会在特定位置消失,原因是两光环在该位置偏振正交。该研究极大地丰富了完美涡旋的模式分布,拓宽了完美涡旋在微操纵、光通信等领域的潜在应用。
物理光学 矢量光场 涡旋光束 完美涡旋光束
1 河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
2 河南科技大学化工与制药学院, 河南 洛阳 471023
利用涡旋光束与锥透镜透射率函数设计相位掩模板，采用平面光照射写入相位掩模板的空间光调制器(SLM)，则在SLM的傅里叶平面上产生了完美涡旋光束，解决了傅里叶平面0级和±1级光谱重叠的问题。提出了一种完美涡旋光束的空间自由调控技术，通过实验分析，明确了空间调控位移与调控因子间的函数关系，调控精度达到了2.25 μm。通过在线调节锥透镜的锥角参数，实现了完美涡旋光束中心亮环半径的自由调控，并得到光束中心亮环半径与锥角的二次函数关系。将波长为532 nm和632.8 nm入射光产生的完美涡旋光束作对比，结果表明，当入射波长较长时，仍可得到较小半径的完美涡旋光束。该研究为完美涡旋光束在微粒操纵、光学信息编码、光学测量及基于轨道角动量的光纤通信等领域的应用提供了新思路。
物理光学 光学涡旋光束 完美涡旋光束 自由调控 微粒操纵 光学学报
2016, 36(10): 1026018
1 河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
2 河南科技大学化工与制药学院, 河南 洛阳 471023
3 新加坡南洋理工大学数学物理学院, 新加坡 637371
4 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
利用矢量波分析法对分数阶高阶贝塞尔涡旋光束(FBV)的电矢量特性进行了研究。在紧聚焦和非紧聚焦条件下，研究了拓扑荷(TCs)增量为0.1阶、拓扑荷从2.1增到3的过程中，Ex、Ey、Ez三个电场分量强度图的变化情况。进而对比分析了TCs值为整数阶和半整数阶FBV光束在由紧聚焦向非紧聚焦过渡过程中Ex分量强度的变化情况。数值模拟结果表明，紧聚焦和非紧聚焦情况下，三个分量的电场强度分布差异较大，其亮环圆对称性均遭到破坏；非紧聚焦情况下，Ex分量的圆对称性增强，而Ey、Ez分量与紧聚焦条件下的光强分布基本相同；在由紧聚焦向非紧聚焦过渡过程中，Ex分量整数阶TCs光束亮环圆对称性逐渐增强，而半整数阶TCs光束亮环结构基本不变，仅存在缩放关系。
激光光学 奇异光学 贝塞尔涡旋光束 矢量波 紧聚焦光束
1 河南科技大学a.物理与工程学院
2 河南科技大学b.化工与制药学院，河南洛阳 471003
3 中科院西安光学精密机械研究所，西安710119
4 日本东京国立电气通信大学应用物理化学部和激光科学研究院，日本东京182-8585
采用激光散斑的方法研究了CD光盘的刻录质量。由于标志光盘信息符的凹凸结构导致了光盘表面微结构的光学粗糙性，光盘不同区域被激光照射后在测量空间形成散斑图像，通过分析光盘不同区域产生的散斑图的统计相关性及对比度值的变化，对光盘的刻录质量进行了定性研究。结果显示，刻录质量好的光盘，其不同区域的散斑相关性好，散斑对比度值高且起伏性较小；而刻录质量有问题的光盘，信息符的统计相关性差，且散斑对比度值出现较大的起伏。研究表明，激光散斑方法是一种有效表征光盘刻录质量的新方法。
激光散斑 光盘 信息符 统计特性 laser speckle optical disk information mark statistical characteristics
1 河南科技大学 理学院， 河南 洛阳 471003
2 河南科技大学 化工与制药学院， 河南 洛阳 471003
大气、海水及生物组织等都属于浑浊介质，浑浊介质的光学特性表征是近年来的研究热点。从浑浊介质光散射特性的散斑表征、散斑偏振技术的应用及在医学生物学中的应用三个方面综述了浑浊介质光学特性的激光散斑表征方法及其进展。
浑浊介质 光学特性 散斑表征
