理论上提出并实验制备了一种环形阵列艾里涡旋光束(CAAVB),该CAAVB由按环形阵列分布的多个艾里光形成,并具有自聚焦特性。通过增加艾里光阵列数,能够有效提高自聚焦光束的光场强度。仿真结果表明,在相同的条件下,加载光学涡旋能明显提高CAAVB的自聚焦特性。此外,通过调节环形艾里光阵列的半径来改变光束聚焦的位置,实现对焦距的非机械调节。

提出了一种对称艾里涡旋光束.在对称立方相位的基础上引入螺旋相位因子形成新的相位图, 加载该相位的高斯光束经傅里叶变换后产生对称艾里涡旋光束. 研究表明: 对称艾里涡旋光束出现自聚焦现象, 且由于轴上涡旋的存在, 其中心呈现中空现象, 涡旋结构携带的轨道角动量使光束在初始平面处发生旋转, 拓扑荷数越大, 中空结构越大, 旋转角度也越大, 而拓扑荷数的正负仅改变光束的旋向. 理论分析表明, 离轴涡旋在初始平面处, 因与光轴中心距离较远, 并不会影响对称艾里光束主瓣的能量, 即中心并无光强为零区域, 但随着传播距离的增加, 离轴涡旋逐渐出现在对称艾里光束其中的一个主瓣上.此外, 对称艾里光束还可以加载多个离轴涡旋, 能同时无损伤地捕获多个微粒. 该光束不仅具有自聚焦特性, 并且其中心呈中空结构, 同时还携带轨道角动量, 在光学微操纵与生物医学等方面有潜在应用.

为了调控艾里光束的传播, 提出一种广义艾里光束.在传统立方相位基础上引入两个可变旋转角因子θ1和θ2,形成新改进的可调谐相位, 加载该相位的高斯光束经傅里叶变换后可以产生广义艾里光束.基于衍射突变理论, 分析讨论了该光束的双曲抛物线传播行为. 重点研究了当旋转角θ1=π/3和θ2=7π/6时, 该光束在传播距离0、3、6、10cm处的无衍射传播特性; 以及旋转因子θ1=3π/2和θ2=π/4时, 该光束在传播距离0、3、6、10cm处的自愈特性.理论研究表明该光束并非傍轴波动方程的特解, 但数值模拟及实验证实其在一定程度上拥有无衍射及自愈特性. 该光束不仅可沿任意指定的抛物线轨迹传播, 同时还具有与传统艾里光束明显不同的空间强度分布, 使其在光学操纵与生物医学等方面有潜在的应用.