1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210023
柱矢量光束的紧聚焦在光学微操纵、光学存储、激光微加工、超分辨率成像和粒子加速等领域发挥着重要作用。亚波长光栅平凹透镜对柱矢量光束的紧聚焦的能力仍有提升空间，本文利用闪耀结构将光的能量从零级转移并集中到-1级，对亚波长光栅平凹透镜的聚焦性能进行优化。提高了透镜的衍射效率，增强了焦场的能量。通过调整高斯径向偏振光的形状参数，改变入射光振幅及入射区域半径实现对焦场能量的动态调控。进一步地，调控柱矢量光束的偏振组分能够直接有效地横向调制焦场，获得多样化形貌的焦斑。本文的优化手段对于其他光栅透镜也具有参考意义，该研究结果在超分辨率成像以及光场调控等领域具有潜在的应用价值。
亚波长光栅透镜 柱矢量光束 闪耀结构 聚焦 调控
1 中国科学技术大学 核探测与核电子学国家重点实验室,合肥 230026
2 中国科学技术大学 物理学院 光学与光学工程系,合肥230026
3 先进激光技术安徽省实验室,合肥 230026
为了在光纤激光器中获得具有中心波长可调谐的锁模脉冲柱矢量,采用半导体可饱和吸收镜和高反的啁啾光纤光栅作为腔镜,搭建了直腔掺镱脉冲光纤激光器,腔内插入长周期光纤光栅作为模式转化器件,进行了实验验证,取得了波长可调谐的柱矢量脉冲数据。结果表明,激光器工作在1060.72 nm时,光谱带宽0.22 nm,输出斜率效率为8.6%,锁模脉冲宽度为10.9 ps,重频 18.66 MHz,锁模脉冲信噪比高达65 dB,同时获得了模式纯度超过97%的柱矢量光束; 调节腔内的偏振控制器来改变腔内波长的损耗,可以实现锁模柱矢量脉冲的谐振波长在1060.72 nm~1066.04 nm连续可调。该研究为可调谐脉冲柱矢量光纤激光器研制提供了重要的参考价值。
激光器 波长可调谐 锁模 柱矢量光束 掺镱光纤激光器 lasers wavelength tuning mode-locked cylindrical vector beam ytterbium doped fiber laser
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
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
立足于偏振态空域调控技术，矢量光束所特有的偏振态空间结构属性，使其在光学及其交叉学科领域表现出巨大的研究价值和应用潜力。以往的研究主要关注偏振态的横向空域调控，而纵向(传播)方向同样是重要的光场调控维度，偏振态纵向变化矢量光束的出现，拓展了矢量光束的调控维度，为光与物质的相互作用带来更多可能，引起了广泛关注。文中围绕着偏振态纵向空域调控技术的发展，介绍了基于纵向变化位相差和振幅差的偏振态纵向变化矢量光束生成理论，并总结归纳了利用相位调制和空间频谱滤波的两类实验生成方法。此外，文中还对偏振态纵向变化矢量光束目前存在的问题进行了讨论，并对其发展前景进行了展望。
矢量光束 偏振 贝塞尔光束 庞加莱球 vector beam polarization Bessel beam Poincaré sphere 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230362
哈尔滨理工大学黑龙江省量子调控重点实验室大珩协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150080
矢量光场独特的空间模式及偏振分布使其成为目前研究的热点问题，模间相位的变化直接影响矢量光场的偏振分布，使其在测量及传感领域具有巨大的应用潜力。提出并实验论证了一种由矢量光场注入的单频激光干涉仪技术：首先将臂间微小位移映射为矢量传感光场的模间相位变化，然后通过空间偏振层析实时监测、解算光场矢量模态，进而可在任意相位变化区间（含相位不敏感区域）实现标准量子或海森堡（注入N00N态时）极限的相位测量精度。
矢量光束 空间斯托克斯层析 相位精密测量 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106023
1 航天工程大学宇航科学与技术系，北京 101416
2 航天工程大学基础部，北京 101416
涡旋半波片（VHP）是一种快轴取向在空间分布上呈特定角向变化规律的偏振光学元件。通过级联两个或多个低阶VHP可以产生任意高阶柱矢量光束（CVB）。基于单个VHP的琼斯矩阵，推导了VHP级联后的等效琼斯矩阵，从理论上解释了VHP级联后等效阶数的变化规律。实验上，利用和的两个VHP级联产生1阶和3阶径向偏振和角向偏振CVB，计算斯托克斯参数并绘制矢量光束偏振态分布图，并与的单个VHP直接生成的CVB进行比较，证明了级联方法的可靠性。在级联VHP产生相同高阶CVB时，VHP的不同级联顺序能够影响由于中心错位而造成的光束畸变程度。经实验对比分析，得到了级联应用中能够稳定产生高质量、高阶CVB的方法，并通过级联多个VHP产生了100阶以内任意CVB。
物理光学 柱矢量光束 涡旋半波片 琼斯矩阵 斯托克斯参数 偏振检测 光学学报
2022, 42(13): 1326001
华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
研究了奇点光束的叠加特性,从理论上分析奇点光束叠加后的相位分布和偏振分布,并用实验验证了理论推导的正确性。对同阶非相干涡旋光束叠加后的偏振态进行分析,发现叠加后的光束保持原有的轨道角动量,且光束的偏振态随方位角呈周期性变化,变化周期由涡旋拓扑荷值决定;分析了具有不同偏振拓扑荷值的柱矢量光束叠加后光场偏振态的变化规律。探究了既有相位奇点又有偏振奇点的柱矢量涡旋光束的叠加特性,发现叠加后的光束偏振态随方位角呈周期性变化,变化周期由涡旋拓扑荷值决定,光场各点的偏振态由涡旋拓扑荷值、偏振拓扑荷值及初始相位角共同决定。
物理光学 奇点光束 涡旋光束 柱矢量光束 偏振 激光与光电子学进展
2020, 57(19): 192601
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室, 北京 100081
基于von Karman谱模型采用分步相位屏幕方法,仿真模拟不同阶次径向偏振矢量光束在Kolmobarov大气湍流中的传输特性,并对其Stokes矢量、闪烁指数、光束重心径向偏移量进行分析。研究发现:大气湍流下径向偏振矢量光束的光强分布环形特征的最大识别距离大于标量涡旋光束,其闪烁指数与光束重心径向偏移量都小于标量涡旋光束;高阶光束能在更远的距离保持环形特征,具有更小的闪烁指数与光束重心径向偏移量;径向偏振矢量光束的Stokes矢量图像会发生扩散与畸变。仿真结果表明,大气湍流下径向偏振矢量光束比标量涡旋光束具有更好的大气湍流抗性,高阶光束的部分性质优于低阶光束。
大气光学 矢量光束 大气湍流 闪烁指数 大气传输 光学学报
2020, 40(11): 1101001
