1 上海尼博电子科技有限公司，上海 201615
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
超表面概念的提出为研究平面化和超薄的光学元器件提供了一种全新的设计思路。传统的几何相位型的超表面透镜受制于偏振锁定的限制，阻碍了其实现多功能的复用。文章提出了一种通过几何相位实现超表面透镜偏振解耦的方法。进一步，利用该方法作者实现了超表面聚焦透镜在纵向以及纵向和横向实现多通道功能（如聚焦光斑和聚焦涡旋）的复用和偏振可切换特性。相关研究为实现多功能可集成的平面化器件提供了新的研究思路。
超表面 超透镜 聚焦 涡旋 Metasurface metalens focusing vortex
1 中北大学仪器与电子学院，山西 太原 030051
2 中北大学信息与通信工程学院，山西 太原 030051
利用同轴结构实现纳米粒子光学捕获，研究不同偏振光对光势阱的影响，并通过优化结构参数实现圆偏振下的等离激元涡旋场模式。研究结果表明：该同轴结构在线偏振光750 nm处透射率最大，并且在入射光强为1 μW/μm2时势阱深度达到17；圆偏振光在同轴结构上方形成涡旋场，能量流势阱深度为8。所设计的同轴结构扩大了光场作用范围，优化了光梯度力作用方向，提高了捕获低浓度小尺度粒子的效率。该研究结果对于低浓度生物分子光学捕获具有一定的参考意义。
激光光学 表面等离激元 光学捕获 圆偏振光 涡旋状光场
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
介绍了无线通信和涡旋电磁波的基本概念及相关技术，详细回顾了近年来基于涡旋电磁波的无线通信技术实验研究进展，包括微波涡旋电磁波通信、太赫兹涡旋电磁波通信、中红外涡旋电磁波通信、近红外涡旋电磁波通信和可见光涡旋电磁波通信等。同时，介绍了卫星涡旋激光通信技术的理论研究进展以及拓展结构光（如贝塞尔光和矢量光等）通信在抵抗障碍物和湍流影响方面的实验研究进展。最后也讨论了涡旋电磁波无线通信技术的挑战与展望。多频段和多维度融合的涡旋电磁波及拓展结构化电磁波，可以为多场景、跨尺度、大容量、远距离、高鲁棒性的无线通信提供潜在解决方案，也有望应用于未来卫星通信中。
无线通信 自由空间光通信 轨道角动量 涡旋电磁波 结构化电磁波 卫星通信 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706001
1 江苏科技大学 理学院, 江苏 镇江 212000
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 315211
3 宁波大学 高等技术研究院, 浙江 宁波 315211
相较于单涡旋光束，涡旋阵列光束能够扩充信息的传输容量，研究其传输特性对其光通信应用具有重要意义。本文选取阶数为n的螺旋因斯-高斯(HIGn,n)模式，采用海上大气折射率变换的功率谱，模拟海面大气湍流。基于相位屏法研究了一维阵列涡旋光束在海面大气湍流中光强、相位、闪烁因子和质心漂移的变化情况。结果表明：（1）HIGn,n模式的闪烁因子和质心漂移标准差随湍流强度以及大气湍流内尺度的增加而增加；（2）n为奇数的HIGn,n模式的闪烁因子随着阶数的增大而减小，且高于n为偶数的HIGn,n模式；（3）阶数n>1的HIGn,n模式比LG0,1模式具有更好的稳定性；（4）阶数越高，HIGn,n模式的质心漂移标准差越小。其次，选取线性阵列涡旋光束（LAVBs）进行对比，研究得出虽然LAVBs比HIG光束具有更好的传输性能，但由于HIG光束具有独特的结构，故可适用于不同的应用场景。最后，分析了椭圆参量和椭圆环数对HIG模式传输的影响，结果表明适当地增大椭圆参量或椭圆环数有助于提高HIG模式的抗湍流能力。本文研究结果对涡旋光束的海上应用具有指导意义。
大气光学 螺旋因斯高斯模式 阵列涡旋光束 闪烁因子 湍流 atmospheric optics helical ince-gaussian mode array vortex beam scintillation index turbulence
西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
阵列光束在大功率激光合成、远距离通信、高质量输出等方面发挥着重要作用。本文利用相位屏法模拟海洋湍流，研究了径向阵列涡旋光束与矩形阵列涡旋光束在具有外尺度的不稳定分层海洋中的传输特性，并将其与单涡旋光束的传输特性进行了对比，分析了三种涡旋光束在海洋湍流中的光强与相位分布。结果表明：两种阵列涡旋光束传输一段距离后不再保持初始的阵列分布，子光束之间会相互影响，产生了干涉条纹。在相同的条件下，单涡旋光束的漂移比两种阵列涡旋光束大，束宽比两种阵列涡旋光束小，而且径向阵列涡旋光束的漂移比矩形阵列涡旋光束大，束宽比矩形阵列涡旋光束小。在较远距离处，单涡旋光束的闪烁指数比两种阵列涡旋光束大，而且矩形阵列涡旋光束的闪烁指数比径向阵列涡旋光束大；在较强湍流和远距离处，三种涡旋光束的束宽逐渐减小。
光通信 阵列涡旋光束 闪烁指数 湍流相位屏 海洋湍流 光束漂移
1 成都师范学院物理与工程技术学院，四川 成都 611130
2 宜宾学院四川省计算物理高校重点实验室，四川 宜宾 644000
类比相干光束中刃型位错概念，提出一种新的相干奇点——相干刃型位错。对高斯-谢尔模光束携带的相干涡旋和刃型位错在海洋湍流中的相互作用进行研究。基于扩展的惠更斯-菲涅耳原理，得到了该光束在海洋湍流环境下的交叉谱密度表达式，并将其用于研究相干涡旋和刃型位错的相互作用。研究发现：相干刃型位错在相干涡旋的作用下发生断裂并转化成相干涡旋。在光束传输过程中，光场中有单个或成对相干涡旋的产生或湮灭现象发生。二者之间的作用特点不仅与传输距离有关，还受光束初始参数和海洋湍流参数的影响。二者之间的作用规律与自由空间光涡旋和刃型位错的作用规律不同。
激光光学 奇点光学 部分相干光束 相干奇点 相干涡旋 海洋湍流
长春理工大学物理学院吉林省固体激光技术与应用重点实验室，吉林 长春 130022
基于Rytov近似，理论推导了完美涡旋光束（PVB）经过大气湍流水平信道后的螺旋相位谱解析表达式，研究了大气湍流中光束波长、半环宽、发射处轨道角动量（OAM）模态、光束半径、近地面折射率结构常数以及湍流系数对OAM模态探测概率和串扰概率的影响。结果表明：随着发射处OAM模态、传输距离、光束半径、近地面折射率结构常数以及湍流系数的增加，经大气湍流传输后的探测概率下降；随着光束波长的增加，经大气湍流传输后的探测概率增加。此外，PVB在近场的探测概率几乎不随发射处OAM模态变化，而当光束传输到远场时，探测概率随发射处OAM模态变化明显，这是因为PVB传输到远场变成类贝塞尔光束，其光束半径随发射处OAM模态变化明显。
大气光学 完美涡旋光束 轨道角动量 湍流大气 螺旋相位谱
新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆发光矿物与光功能材料研究重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
设计了一种由1 μm涡旋光泵浦的闲频光单谐振KTiOAsO4涡旋光参量振荡器，并基于该光参量振荡器在近/中红外波段实现了高光束质量、高能量、窄光谱带宽的涡旋光输出。选取不同曲率半径的输入镜和平面输出镜分别建立平平腔和平凹腔两种腔结构，基于所建结构可以控制泵浦光的轨道角动量（OAM）选择性地传递给输出的信号光或闲频光。当泵浦光最大能量为20.6 mJ时，在近红外波段产生了3.04 mJ的信号涡旋光（1.535 μm），同时在中红外波段产生了0.82 mJ的闲频涡旋光（3.468 μm），它们对应的转换效率分别为28.21%和7.62%。基于泵浦光与谐振闲频光在两种腔型中的空间重叠效率，从理论上解释了泵浦光OAM的传递原理。测量得到输出信号光和闲频光的光谱带宽（半峰全宽）分别为λs=0.85 nm和λi=1.08 nm，其中闲频光在两个正交方向上的光束质量因子分别为≈2.1和≈2.2。
光学器件 涡旋光 闲频光谐振 光参量振荡器 KTiOAsO4
