完美涡旋光场模式的单一性难以满足其在多种领域的应用需求。为解决该问题,提出了一种同心矢量完美涡旋模式,其光强分布为一族同心的矢量完美涡旋,各环矢量完美涡旋的性质得到了验证。研究发现,每个完美涡旋的光环大小、偏振阶数等特征参数相互独立。对同心矢量完美涡旋模式光环叠加的实验表明,与标量完美涡旋光束叠加不同,矢量叠加产生的子涡旋会在特定位置消失,原因是两光环在该位置偏振正交。该研究极大地丰富了完美涡旋的模式分布,拓宽了完美涡旋在微操纵、光通信等领域的潜在应用。

基于特定参数下的因斯高斯Ince-Gaussian(IG)光束的奇偶模式线性叠加,提出了一种每个光瓣均为“V”字形的光束模式(VIG模式)。通过实验与数值模拟对所提VIG模式进行分析研究,结果发现VIG模式的“V”字形光瓣个数为其阶数的两倍。通过给奇偶模式施加一个初始相位差可以自由调控“V”字形光瓣连续分离为一大一小两个光瓣,并且可以对调两个光瓣的空间位置。通过力场分析发现,VIG模式有望应用于细胞分选。通过两个偶模一个奇模阶数比为1∶3∶2进行叠加,可以生成三个分支的VIG模式。

激光诱导击穿光谱技术以其无需样品预处理、 分析速度快、 能实现多元素同时检测和远程分析等优点已经被广泛应用于诸多领域的物质成分定性或定量分析。 该技术的理论基础是激光诱导等离子体。 对等离子体光谱参数(如光谱谱线强度、 等离子体温度等)的准确测量是利用该技术进行定性或定量分析的前提条件。 实际的实验系统中, 由于仪器本身固有的性能限制, 会造成采集光谱信号的失真, 从而限制等离子体光谱参数的精确测量或计算。 为了克服仪器固有性能的影响, 分析了实验系统所用中阶梯光栅光谱仪和传输光纤的固有性能缺点对光谱信号背景噪声和元素谱线绝对强度的影响, 然后采用剥峰法对光谱信号中存在的锯齿状背景噪声进行扣除, 利用辐射定标光源的标准光谱数据对谱线绝对强度进行校正, 并对比了背景扣除和强度校正对等离子体谱线强度和等离子体温度的影响, 实验表明谱线强度校正对合金钢等离子体380 nm以下的光谱信号具有较大影响, 通过背景扣除和强度校正后, 等离子体温度由13 401.75 K降低至8 980.72 K, 玻尔兹曼平面法求解等离子体温度的拟合决定系数由0.60提高至0.91。 因此在光谱数据处理之前对测量光谱进行背景扣除和强度校正是十分必要的, 为提供可靠地光谱数据进行物质成分定性或定量分析奠定了基础。

完美涡旋光场具有亮环半径不随拓扑荷值改变而改变的优点, 在微粒操纵及量子通信等领域具有重要的应用价值, 已成为近年来光场调控领域的研究热点。介绍了产生完美涡旋光场的三种典型方法, 综述了完美涡旋光场的调控技术及表征方法, 并对其应用进行了总结。

提出了一种基于奇偶模初始相位差因子调控的新型Ince-Gaussian(IG)光束, 即PIG(Ince-Gaussian beam with phase difference)光束。对传统IG光束偶模施加具有初始相位差φ的e指数相位因子, 将偶模与奇模进行线性叠加后得到了PIG光束。在其他参数相同的条件下, 重点研究了初始相位差调控因子对PIG光束空间模式的调控特性。数值模拟和实验结果表明: 当参数φ在0到π区间上连续取值时, 可实现正负涡旋PIG光束的连续变换; 当φ=π/2时, 中间状态涡旋消失; 调节φ使其为π的整数倍, 可以实现正负涡旋模式的跳变切换; 当调节φ为π的半整数倍时, 该光束可实现光瓣在椭圆轨迹上的精确位移控制。PIG光束为微粒操纵及光束微雕刻等领域提供了额外的调控自由度。