自由空间中偏振调制光场的传输及控制

刘圣 李鹏 章毅 韩磊 程华超 赵建林

西北工业大学理学院陕西省光信息技术重点实验室,教育部空间应用物理与化学重点实验室

[摘要]光场的偏振态作为光场调控的一个新自由度,逐渐成为研究者们关注的热点。对光场偏振态的非均匀调制可以实现光子自旋-轨道相互耦合,从而发掘很多新的光学现象,其中Pancharatnam-Berry(PB)相位扮演了至关重要的角色。在偏振转换中,光场的不同偏振分量得到不同的PB相位。利用PB相位对光场偏振分量进行波前整形,以控制光场偏振分量的传输,从而在光场传输过程中实现偏振转换、角动量转化、能流控制等。光场偏振调制的相关研究在自旋选择成像、微粒操控、激光微加工、信息传输与修复中具有潜在的应用价值。分析了偏振调制光场的传输和控制原理,总结了近年来国内外的相关研究工作进展。

激光相干性调控及应用

陈亚红 蔡阳健

苏州大学物理与光电·能源学部&苏州纳米科技协同创新中心;江苏省先进光学制造技术重点实验室&教育部现代光学技术重点实验室

[摘要]回顾了光场相干性的基本理论以及发展历程,介绍了激光相干度大小和相干函数的调控方法,以及激光相干性的测量方法,对激光相干性调控引发的物理效应及其基础应用作了介绍。激光相干性调控不但丰富了光场调控理论,而且推动了激光技术的发展。

基于空间光场调控技术的光学微操纵

梁言生 姚保利 雷铭 严绍辉 于湘华 李曼曼

中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室

[摘要]光镊技术具有无机械接触与高精度操纵微小尺度粒子的优点,自发明以来已逐渐成为生命科学和胶体物理学等领域中强有力的研究工具。随着研究的深入,传统的单光阱光镊已难以满足更高级的应用需求。近年来,空间光场调控技术通过对光场的振幅、相位和偏振态分布的调制,极大地丰富和增强了光学微操纵技术的功能,促进了包括激光微纳加工、微粒分选与输运、胶体粒子物理特性研究等方面的发展。从光场的振幅、相位和偏振态调制技术出发,综述近年来空间光场调控技术的发展及其在光学微操纵中的应用,重点介绍全息光镊、特殊模式光束微操纵、矢量光场微操纵等光学微操纵技术的研究进展。

表面等离激元光镊技术

豆秀婕 闵长俊 张聿全 袁小聪

深圳大学纳米光子学研究中心;深圳大学光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室

[摘要]光镊是捕获与操纵微纳颗粒的重要技术手段,其基本原理为光与物质之间动量传递的力学效应,具有非接触、操纵精度高等优点,广泛应用于物理、化学、生物及医学等科学前沿领域。近年来,表面等离激元因具有突破衍射极限和近场能量增强两大特性,为光镊技术的发展带来了新的突破口,成为国际上一个重要和前沿的研究方向。基于表面等离激元的新型光镊技术主要分为两类:结构型表面等离激元光镊技术和全光调控型表面等离激元光镊技术,它们在颗粒捕获精度、捕获范围、操纵动态性与操纵自由度等方面各有特色,吸引了国际上众多研究人员进行大量的理论研究和实验探索。表面等离激元光镊技术在纳米颗粒、金属颗粒捕获以及近场电磁场增强与调控方面展现了独特优势,在生物传感、表面增强拉曼散射等领域具有广阔的应用前景。

基于光取向液晶的光场调控技术

陈鹏 徐然 胡伟 陆延青

南京大学固体微结构物理国家重点实验室, 现代工程与应用科学学院,人工微结构科学与技术协同创新中心

[摘要]由于特种光束的独特性质和丰富应用,光场调控技术近年来得到了越来越广泛的关注。设计特定结构调控普通高斯光束的振幅、相位或偏振方向,可以得到一系列特殊光场。利用一种偏振敏感的光取向材料,基于动态缩微投影曝光系统的液晶光控取向技术,可实现精确、任意和可重构的液晶方位角的取向控制。基于该项技术制备了二值或渐变的液晶微结构元件,对入射光场的各个参量维度进行调控,产生了高品质、高效率的涡旋光束、矢量光束和艾里光束。利用该项技术制备的器件具有成本低廉、轻便集成、电光可调、偏振可控和宽波段适用等特点。综述了本课题组近期在该领域的系列研究工作,或将为光场调控技术带来全新的可能,为液晶光学器件带来更广泛的应用。

光波弱散射过程中的统计光学特性

王涛 赵道木

浙江大学物理系;四川师范大学物理与电子工程学院

[摘要]光波经介质散射后的远场光学特性,包括光谱强度、光谱相干度以及光谱偏振度等,与散射介质的结构特征密切相关。近年来,光波弱散射现象的研究取得了较大进展,一方面,研究人员将散射体推广到各种介质,包括各向异性介质、半软边介质、椭球形介质等;另一方面,研究人员将入射光波推广到各种常见的光束,如随机电磁光波、平面波脉冲光束、非匀幅光束等。介绍了关于光波弱散射问题的主要研究成果,包括光波散射过程中的光谱变化现象、相干性变化现象、等价理论、互易关系以及光波散射逆问题等。

激光脉冲整形在微纳光学系统中的应用研究进展

褚赛赛 李洪云 王树峰 杨宏 龚旗煌

北京大学物理学院人工微结构与介观物理国家重点实验室

[摘要]通过对激光脉冲频谱的相位、振幅或偏振进行调制,可以获得不同时域分布的激光脉冲。这些特性不同的激光脉冲在物理过程和光学器件研究中具有重要的应用。随着光发射电子显微镜、超灵敏探测光谱仪、扫描近场显微等技术的发展,激光脉冲整形技术在微纳米光学中的应用日益深入。总结了近年来激光脉冲整形与测量技术的发展,综述了激光脉冲整形在近场光学、光发射电子显微镜、单分子光谱中的应用研究进展。

涡旋光场的集成光子学操控方法

余思远

中山大学光电材料与技术国家重点实验室

[摘要]光学涡旋是一类围绕光轴具有螺旋相位项的圆柱光学模式。近年来,光学涡旋因其在光学和光子学的许多领域具有重要潜在应用而引起了广泛关注,其可能应用范围包括光通信、光信息处理、成像传感和量子信息等。与基于自由空间光学的方法相比,集成光子学的发展为操纵光学涡旋提供了更为有效的方法。对使用集成光子器件操纵光学涡旋的理论框架和最新技术进展进行了全面综述。

自加速光的调控及其新奇应用

陈志刚 许京军 胡毅 宋道红 张泽 赵娟莹 梁毅

南开大学物理学院泰达应用物理研究院;旧金山州立大学物理与天文系;中国科学院光电研究院;华北电光研究所固体激光技术重点实验室;广西大学物理科学与工程技术学院广西相对论天体物理重点实验室

[摘要]实现自弯曲光乃至自回旋光一直是人们的梦想与科幻的题材。近年来,艾里光束以及推广的自加速光束因其无衍射、自弯曲传输以及自愈等奇异特性引起了人们极大的研究兴趣。这些光束的构想不仅得到了实验证实,而且具有广泛的应用前景,包括操控微纳颗粒、等离子体通道和表面等离子体激元、电子加速、精密成像、湍流传输、引导放电等,这些应用前景使得自加速光倍受青睐,成为一个广泛关注和激动人心的前沿热点课题。本文简单综述了基于相位调制的自加速光束的研究进展,包括自加速光束的产生和传输特性,以及其在空域和时域的推广与调控,并着重介绍自加速光在若干领域的新奇应用。