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。

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。