暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通讯重点实验室,广东 广州 511443
传统斯格明子是一种在核物理和磁性材料中均已被证明具有拓扑稳定性的准粒子,可应用于逻辑器件、晶体管、量子计算等领域。近年来,光学斯格明子被人们所提出,并引起了拓扑光学与光场调控领域研究者们的广泛兴趣。综述了当前光学斯格明子的研究进展,详细介绍了光学斯格明子的拓扑结构分类、不同矢量构型光学斯格明子的产生与调控,并对其潜在应用进行了展望,为本领域进一步快速发展提供了参考。
物理光学 斯格明子 拓扑光学 结构光场调控 光学学报
2024, 44(10): 1026005
西北工业大学物理科学与技术学院,光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室,陕西省光信息技术重点实验室,陕西 西安 710129
贝塞尔光束以其独特的无衍射传输特性得到了广泛的关注,在光学操控、光学加工、信息传输、光学成像等领域具有巨大的应用前景。为了丰富光束的传输特性,通过不同手段对贝塞尔光束传输的调控成为了热点问题。研究者提出不同的理论和方法,通过对贝塞尔光束进行不同维度的调控,构造了沿任意轨迹传输、轴上强度和偏振可调的新型类贝塞尔光束。从贝塞尔光束的基本特性出发,总结了近年来贝塞尔光束传输调控相关的研究进展,包括贝塞尔光束的传输轨迹控制、轴向强度和偏振态控制、束宽控制等基本调控手段,并分析了其传输和调控机理。
光场调控 无衍射光束 贝塞尔光束 光传输 光学学报
2024, 44(10): 1026001
Author Affiliations
Abstract
1 Peking University, National Engineering Research Center of Visual Technology, Beijing, China
2 Hangzhou Dianzi University, School of Automation, Hangzhou, China
3 Medical School of Nanjing University, Nanjing, China
4 Hangzhou Dianzi University, School of Communication Engineering, Hangzhou, China
5 Lishui Institute of Hangzhou Dianzi University, Lishui, China
Light-field fluorescence microscopy (LFM) is a powerful elegant compact method for long-term high-speed imaging of complex biological systems, such as neuron activities and rapid movements of organelles. LFM experiments typically generate terabytes of image data and require a substantial amount of storage space. Some lossy compression algorithms have been proposed recently with good compression performance. However, since the specimen usually only tolerates low-power density illumination for long-term imaging with low phototoxicity, the image signal-to-noise ratio (SNR) is relatively low, which will cause the loss of some efficient position or intensity information using such lossy compression algorithms. Here, we propose a phase-space continuity-enhanced bzip2 (PC-bzip2) lossless compression method for LFM data as a high-efficiency and open-source tool that combines graphics processing unit-based fast entropy judgment and multicore-CPU-based high-speed lossless compression. Our proposed method achieves almost 10% compression ratio improvement while keeping the capability of high-speed compression, compared with the original bzip2. We evaluated our method on fluorescence beads data and fluorescence staining cells data with different SNRs. Moreover, by introducing temporal continuity, our method shows the superior compression ratio on time series data of zebrafish blood vessels.
light-field microscopy lossless compression phase space entropy judgment Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036005
1 南开大学物理科学学院,泰达应用物理研究院,弱光非线性光子学教育部重点实验室,天津 300071
2 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
光学元件的小型化与集成化一直是光场调控和集成光学领域的研究重点与难点之一。光学人工微结构具有在亚波长尺度上灵活调控光场振幅、偏振、相位、频率等属性的能力。通过与片上光波导或微腔集成,人工微结构可以为实现更紧凑的片上集成光子学器件以及更精确、更丰富的光场调控提供新的解决方案和更多的可能性。本文依据片上集成人工微结构在不同环节中调控的光场类型的差异,将其分成三类进行了讨论。介绍了基于不同设计原理的片上集成人工微结构在自由空间光入射耦合、波导模式面内调控以及离片辐射场调控方向的研究进展,并对该领域的部分新兴方向进行了展望。
人工微结构 超构表面 光场调控 集成光学 微纳光学 光学学报
2024, 44(10): 1026004
1 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海交通大学物理与天文学院,上海 200240
2 上海量子科学研究中心,上海 201315
波前整形方法通过改变入射光的相位模式分布来补偿由散射引起的相位畸变,使散射光子可以被有效地利用,从而实现散射光场调控。通过散射光场调控可以将有害的散射介质变成可控的光学元件,实现光的定向传输、动态检测等功能,为其在各领域中的应用提供了一种强大的工具。本文在介绍光场散射特性及其调控方法原理的基础上,介绍了散射光场空间、偏振、频率、能量和轨道角动量等自由度的调控方法,随后重点介绍了散射光场调控在成像、通信、非线性光学、量子光学、光学检测、集成光学和光计算等领域的最新研究进展。
物理光学 散射 光场调控 波前整形 传输矩阵 光学学报
2024, 44(10): 1026006
1 浙江师范大学物理与电子信息工程学院,浙江 金华 321004
2 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室,浙江 金华 321004
提出一种环形相位构造方法,并通过实验产生了一种可调谐手性结构光场。在螺旋相位的基础上引入径向相位与等相相位形成环形子相位,在平面波上加载该相位产生单环手性结构光场。进一步利用相位叠加原理,组合多个不同环形子相位构成一个环形相位,进而利用其调控产生多环形手性结构光场。研究发现,通过控制拓扑荷数、等相位因子、径向偏移因子,能够灵活控制螺旋强度瓣叶的数量以及手性方向。此外,通过引入等相位梯度实现了光场的动态旋转。所构建的可调谐手性结构光场有益于手性结构微加工,在光学微操纵及光学通信领域也有较大的潜在应用价值。
物理光学 光场调控 相位调制 结构光场 手性光场
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
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,吉林 长春 130022
采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光场分布,解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明:新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流,特别是输出功率较传统结构提高了近56%,且远场呈高斯分布。研究工作为实现高光束质量大功率垂直腔面发射激光器提供了新的技术途径。
激光器 垂直腔面发射激光器 高功率 光场分布 光束质量
1 运城学院物理与电子工程系,山西 运城 044000
2 山西省光电信息科学与技术实验室,山西 运城 044000
基于梯度折射率介质,分析了洛默尔高斯光束的强度包络和传输特性,给出了洛默尔高斯光束的强度表达式。高斯腰斑取值越小,洛默尔高斯光束的非零区域越小即高斯光束的截断作用越明显;半锥角取值越大,光束的空间尺度越小;拓扑荷数取值越大,光束中心的暗斑尺寸越大。非对称参数可以改变洛默尔高斯光束的空间形态和对称特性,随着非对称参数幅值的增加,光强分布逐渐由圆对称改变为轴对称的双月结构,随着非对称参数幅角的增大,双月结构的对称轴呈现顺时针旋转的特性。洛默尔高斯光束在梯度折射率介质中传输时,在一个传输周期内,光束的相对强度分布没有变化,只是光束尺度发生周期性聚焦变化,而在自由空间中,光束会很快演化为两个光斑。这些结果对研究洛默尔高斯光束的实际应用具有一定参考价值。
物理光学 光场调控 洛默尔高斯光束 梯度折射率介质 激光与光电子学进展
2024, 61(9): 0926001