Author Affiliations
Abstract
1 Harbin Institute of Technology (Shenzhen), School of Science, Ministry of Industry and Information Technology Key Lab of Micro-Nano Optoelectronic Information System, Shenzhen, China
2 Peking University, School of Physics, State Key Laboratory for Mesoscopic Physics and Frontiers Science Center for Nano-Optoelectronics, Beijing, China
3 Nanjing University of Science and Technology, Institute of Interdisciplinary Physical Sciences, School of Science, Nanjing, China
4 Shanxi University, Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Taiyuan, China
5 Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong, China
Chiral sum-frequency generation (SFG) has proven to be a versatile spectroscopic and imaging tool for probing chirality. However, due to polarization restriction, the conventional chiral SFG microscopes have mostly adopted noncollinear beam configurations, which only partially cover the aperture of microscope and strongly spoil the spatial resolution. In this study, we report the first experimental demonstration of collinear chiral SFG microscopy, which fundamentally supports diffraction-limited resolution. This advancement is attributed to the collinear focus of a radially polarized vectorial beam and a linearly polarized (LP) beam. The tightly focused vectorial beam has a very strong longitudinal component, which interacts with the LP beam and produces the chiral SFG. The collinear configuration can utilize the full aperture and thus push the spatial resolution close to the diffraction limit. This technique can potentially boost the understanding of chiral systems.
chiral sum-frequency generation radially polarized beam nonlinear optical microscopy Advanced Photonics Nexus
2024, 3(2): 026006
1 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，山东 青岛 266237
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
柱矢量光束因其独特的偏振分布特性而在光镊、高分辨率成像、遥感、等离子体聚焦等领域发挥着重要作用。为实现全光纤高功率柱矢量MOPA激光器，采用自主设计基于集成超表面的模式转换光纤器件，进行了理论分析与实验验证。自主设计集成超表面的模式转换光纤器件可直接稳定输出数瓦功率的径向偏振柱矢量种子光，且输出模式纯度可达95%以上。实验中通过降低弯曲损耗并对模式进行控制，获得了单级放大输出功率为52.2 W的径向偏振柱矢量光稳定输出，且模式光场分布在输出功率增加过程中并未出现明显变化。为进一步分析输出的模式特性，采用旋转检偏器的方法检测输出光的偏振特性及偏振纯度，并利用非相干模式叠加方法计算了输出的径向偏振柱矢量光的模式纯度。结果表明，集成超表面模式转换的全光纤柱矢量MOPA激光器在最大输出功率情况下，输出光的偏振纯度约为95.2%，模式纯度约为94%，验证了该全光纤方案的可行性。
超表面 柱矢量光束 径向偏振光 光纤激光器 模式分析 弯曲损耗 metasurface cylindrical vector beam radially polarized beam fiber laser mode analysis bend loss 强激光与粒子束
2023, 35(10): 101003
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 Zhangjiang Laboratory, Shanghai 201204, China
3 Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
The chiral feature of an optical field can be evaluated by the parameter of -factor enhancement, which is helpful to enhance chiroptic signals from a chiral dipole. In this work, the superchiral spot has been theoretically proposed in metal-insulator-metal waveguides. The -factor enhancement of the superchiral spot can be enhanced by 67-fold more than that of circularly polarized light, and the spot is confined in the deep wavelength scale along each spatial dimension. Moreover, the position of the superchiral spot can be tuned by manipulating the incident field. The tunable superchiral spot may find applications in chiral imaging and sensing.
circular dichroism superchiral spot radially polarized beam metal-insulator-metal waveguide Chinese Optics Letters
2023, 21(1): 013601
1 江苏科技大学理学院光电信息科学与工程系，江苏 镇江 212100
2 江苏科技大学应用光学研究中心，江苏 镇江 212100
研究了部分相干径向偏振旋转对称幂指数相位涡旋（RPEPV）光束，即径向偏振多高斯-谢尔模RPEPV光束的紧聚焦特性。首先，建立了部分相干径向偏振RPEPV 光束的理论模型，并基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论，研究了部分相干径向偏振RPEPV光束通过高数值孔径物镜后的紧聚焦模型，推导了光束在焦平面的交叉谱密度函数。然后，数值研究和分析了聚焦场的光斑强度、相干度和偏振度的分布特点。研究结果表明，改变光束阶数、拓扑荷数、幂指数和相干宽度等参数，可以获得包括高斯状、平顶状和多边形在内的多种形状的焦斑分布。
物理光学 旋转对称幂指数相位涡旋光束 部分相干光束 径向偏振光束 紧聚焦特性 光学学报
2022, 42(22): 2226002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800;
2 中国科学院大学，北京 100049
提出了一种利用径向偏振光同时测量波片相位延迟量和快轴方位角的方法。水平线偏振光通过涡旋半波片后生成径向偏振光，然后用径向偏振光照射被测波片。由于径向偏振光具有空间非均匀分布的偏振特性，对单次检偏后采集的光强分布依次进行Radon变换和最小二乘拟合，可得到强度调制曲线。最后对强度调制曲线进行傅里叶分析，就可计算得到被测波片的相位延迟量和快轴方位角。实验结果表明，当波片的快轴与水平方向的夹角为45°时，消色差1/4波片和808 nm零级1/4波片的相位延迟量和快轴方位角的测量标准差小于0.03°。该方法测量装置简单，测量过程无需转动器件，测量快速方便且测量精度高。
测量 相位延迟量 快轴方位角 径向偏振光 波片 中国激光
2022, 49(17): 1704006
北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院， 北京 100124
为了获得多种类型聚焦光斑的分布，基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论，分析了偏振转换和叠加对空心光束(HLB)聚焦光场的影响。理论上研究了空心光束(HLB)偏振态转换对应关系，利用数值模拟得到同阶空心光束叠加后在数值孔径不同时的四种偏振态空心光束(HLB)的聚焦光斑大小和形状的变化。其中圆偏振空心光束和垂直线偏振空心光束随着聚焦透镜数值孔径的加大，中空特性不发生变化，只是聚焦光斑大小发生变化; 水平线偏振空心光束和径向偏振空心光束随着数值孔径的加大，中空特性消失。此外，提出了矢量偏振空心光束转换为标量偏振空心光束的方法，实现了空心光束偏振态的转换并得到功率补偿，获得平均功率2.2 W激光输出，有望拓展在激光加工等领域的应用。
激光技术 空心光束 深聚焦 径向偏振光 偏振 laser technology hollow laser beam tight focusing radially polarized beam polarization
1 南开大学 电子信息与光学工程学院 现代光学研究所，天津300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津，300350
3 天津市光电传感器及传感网络技术重点实验室，天津，0050
4 上海工程技术大学 数理与统计学院，上海201620
5 南京师范大学 计算机与电子信息学院，南京210023
6 东南大学 先进光子学中心，南京21009
7 山东师范大学 光场调控与应用协同创新中心，济南250358
基于麦克斯韦应力张量理论，对多边形金纳米粒子在聚焦场下的光力特性进行了研究。以三角形金纳米粒子为例，从粒子在聚集场中的受力情况出发，分别研究了具有圆对称能量分布的聚焦场和具有三角形能量分布的聚焦场对三角形金纳米粒子的捕获特性。研究结果表明，当使用圆对称聚焦场时，可对边长为50~350 nm的三角形金纳米粒子实现稳定捕获；当使用三角形聚焦场时，在粒子以和聚焦场形状匹配的角度进入聚焦场的情况下，可对边长为100~350 nm的三角形金纳米粒子实现稳定捕获。将圆对称聚焦场和三角形聚焦场对三角形金纳米粒子的捕获特性进行比较，发现三角形聚焦场在x方向的捕获力要强于圆对称聚焦场；而在y方向，三角形聚焦场对粒子的捕获范围要大于圆对称聚焦场。该工作研究了三角形的金属纳米粒子在不同形状聚焦场下的光力捕获特性，为基于非球形金属粒子的光学操纵在拉曼光谱超分辨成像、粒子微加工等领域的应用奠定了理论基础。
光镊 三角形金纳米粒子 径向矢量光场 紧聚焦 光力 Optical tweezers Triangular gold nano-particles Radially polarized beam Tightly focusing Optical force 红外与激光工程
2021, 50(3): 20200038
1 北京工业大学 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
2 北京工业大学 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
3 北京工业大学 激光工程研究院, 北京 100124
4 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
为实现光纤激光器径向偏振光的高效输出, 提出并搭建了基于液晶聚合物(LCP)的纳秒脉冲掺镱(Yb)主振荡器功率放大(MOPA)系统。该系统采用空间相位转换法, 利用LCP涡旋半波片将全光纤MOPA激光器输出的高峰值功率、窄线宽、线偏振、高斯形分布的纳秒脉冲信号转换为横向强度呈空心环状分布的拉盖尔-高斯光。MOPA激光器系统由窄线宽连续种子源、电光强度调制器和后续的5级YDF放大器组成, 通过实验获得了20.1 W的稳定LP01模输出。而后的LCP涡旋波片用作空间模式转换器, 最终获得的平均输出功率为19.5 W, 脉宽为10 ns, 重复频率为10 kHz, 横向剖面呈规则空心环形的径向偏振光输出, 模式转换效率可达97%。另外, 通过PBS测量法测得径向偏振光的模式纯度约为88.5%, 兼具高功率与高纯度的优势。
光纤激光器 径向偏振光 主控振荡器的功率放大器 空间相位转换 高功率 高纯度 fiber laser radially polarized beam Master Oscillator Power-Amplifier (MOPA) space conversion of phase high-power high mode purity
华侨大学 信息科学与工程学院, 福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
基于交叉谱密度函数以及相干偏振统一理论, 导出径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束的光场表达式, 研究了该光束的传输特性.通过理论分析和数值计算可知, 径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束在自由空间传输时, 光束以固定的螺旋半径进行螺旋传输.且在传输过程中, 光束逐渐由螺旋空心光束演变为螺旋高斯光束, 这一过程所需的传输距离与相干长度有关.该光束的偏振角和偏振度都会受到螺旋半径和传输距离的影响, 同时, 相干长度的变化也会影响偏振度的分布.而相干长度, 传输距离和螺旋半径的改变并不会影响光束的偏振椭圆率的分布.
径向偏振光束 部分相干光 螺旋贝塞尔光束 偏振度 Radially polarized beam Partially coherent beam Spiral Bessel beam Degree of polarization
