采用谱相位调制的方法,在理论上提出可调谐非傍轴自加速光束的产生方法,并通过实验对该理论进行验证。利用驻相近似和光学焦散线原理建立了谱相位与光束传输轨迹之间的数学模型。理论模拟和实验结果表明所提方法突破了传统傍轴近似的限制,产生了非傍轴自加速光束。这类轨迹灵活可控的自加速光束在光学微粒操纵、微粒运输和引导、超分辨成像等领域具有潜在的应用价值。

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.