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Abstract
Key Laboratory of Light Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology, Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129, China
We numerically demonstrate that the tight focusing of Bessel beams can generate focal fields with an ultra-long depth of focus (DOF). The ultra-long focal field can be controlled by appropriately regulating the order of the Bessel function and the polarization. An optical needle and an optical dark channel with nearly DOF are generated. The optical needle has a DOF of and a super-diffraction-limited focal spot with the size of . The dark channel has a full-width at half-maximum of and a DOF of . Furthermore, the oscillating focal field with an ultra-long DOF can be also generated by merely changing the order of the input Bessel beam. Our results are expected to contribute to potential applications in optical tweezers, atom guidance and capture, and laser processing.
Bessel beam vector beam tight focusing depth of focus Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 072601
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
涡旋光束的中心为相位奇点,通常涡旋光束的涡旋轴(即相位奇点)位于光束的光轴上。但是考虑误差的存在,实际生成的涡旋光束会存在一定程度的离轴,因此研究离轴的相位奇点光束的特性具有重要的应用价值。基于Richards-Wolf矢量衍射理论,研究了具有非对称离轴双相位奇点的径向偏振高斯光束经过大数值孔径透镜后的强聚焦特性,主要分析了离轴距离和涡旋拓扑荷数对聚焦场的影响。研究结果表明:两个离轴距离和对应的两个拓扑荷数的相对大小对聚焦场光强的最大值偏移方向的影响是一致的;高阶涡旋光束的聚焦场会发生暗核分裂现象,出现多个暗核,暗核的个数等于两个涡旋拓扑荷数的相加值再减1。
物理光学 相位奇点 涡旋光束 离轴奇点 径向偏振 强聚焦 光学学报
2022, 42(20): 2026001
1 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
2 合肥微尺度国家研究中心, 安徽 合肥 230026
光同时具有自旋和轨道角动量属性, 它们分别与光的偏振和相位分布相关。在傍轴条件下, 光的自旋和轨道角动量在自由空间传输过程中是相互独立且各自守恒的。而在非傍轴条件下, 如紧聚焦或者散射光场中, 光的自旋与轨道角动量之间会发生相互耦合和转化。其中, 紧聚焦场中自旋与轨道角动量的相互作用由于广泛涉及光学捕获、显微和探测等应用领域, 近年来受到广泛关注。综述了紧聚焦场中自旋、轨道角动量理论计算方法, 自旋-轨道角动量相互作用与入射结构光场的关系以及最新的相关应用研究进展。
傅里叶光学 紧聚焦 自旋角动量 轨道角动量 自旋- 轨道角动量相互作用 光捕获 Fourier optics tight focusing spin angular momentum orbital angular momentum spin-orbital angular momentum interaction optical trapping
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 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
近期提出的新型量子雷达利用纠缠光子的量子纠缠效应实现三维量子增强, 对该新型量子雷达方案中的光源进行了初步分析, 并讨论了其可能实现的方案。新型量子雷达方案中的光源在频率和动量上都是正相关的。以两光子态为例, 首先对单独考虑频率或动量正相关态的制备进行了研究, 并在此基础上进一步讨论了频率和动量都正相关的纠缠光子源的制备。数值模拟结果表明, 利用强聚焦下的脉冲抽运光, 通过自发参量下转换过程可以制备频率和动量都正相关的纠缠光子源。
激光技术 量子纠缠 频率和动量正相关 自发参量下转换 强聚焦 laser techniques quantum entanglement positive correlation between frequency and momentu spontaneous parametric down-conversion tight focusing
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
为了获得多种类型的波长量级聚焦光斑,研究了一种新型涡旋光束,高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦。基于矢量德拜积分公式,理论上研究了线偏振的高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦特性。研究了涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数对聚焦平面光强和电场x分量的相位分布的影响。研究结果表明,通过控制涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数可以产生不同类型的聚焦光强分布,例如尺寸约为2个波长大小的实心和空心型聚焦光斑。此外,与普通的涡旋光束聚焦不同,高次方涡旋光束聚焦后的奇点并不在焦点处。这些特殊的聚焦光斑有望在微粒的操控等领域中得到应用。
涡旋光束 大数值孔径 深聚焦 相位奇点 vortex beam high numerical aperture tight focusing phase singularity 强激光与粒子束
2018, 30(1): 011002
1 华南师范大学广东省高校特种功能光纤工程技术研究中心, 广东 广州 510006
2 华南师范大学信息光电子科技学院, 广东 广州 510006
提出了一种在3/2相位分布上叠加倾斜相位的方法, 并制备了主瓣向旁瓣方向弯曲的减速艾里光束(DABs)。通过调节叠加相位的倾斜因子, 得到了不同轨迹的DABs。在圆对称形式下, 叠加圆倾斜相位, 产生了减速圆艾里光束(CDABs)。通过数值模拟研究了CDABs自聚焦及紧聚焦的特性。在自聚焦中, 产生的主瓣包围旁瓣的CDABs可用于微粒操控;紧聚焦时, 类似于加速艾里光束, CDABs也会产生光链和光针焦点, 但其焦点位置和分布可通过相位倾斜因子进行调节。这些结果为获得新型艾里光束及扩大其应用范围提供了一定的参考。
物理光学 衍射理论 减速艾里光束 自聚焦 紧聚焦 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 082601