1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 山东师范大学物理与电子科学学院，山东 济南 250358
回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。
部分相干光场 矢量光场 光场调控 相干与偏振 光场相干结构调控 光学学报
2024, 44(10): 1026007
1 南京航空航天大学 理学院, 南京 211106
2 南京航空航天大学 空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室, 南京 210016
为了实现电介质超表面的聚焦功能和对光场相位的调控, 采用几何相位调制原理设计微元结构及空间分布, 以SiO2为基底、亚波长TiO2椭圆柱的六边形晶胞为基本结构, 设计了一种相位突变呈抛物线梯度分布的聚焦超表面, 适用于480nm~580nm波段。基于此结构进行了理论分析和实验验证, 发现该结构对线偏振光聚焦, 其归一化后的半峰全宽约为428nm, 而对矢量光聚焦约为258nm, 获得了更出色的聚焦效果。研究了3阶和4阶Ince-Gaussian矢量光场通过该超表面后的聚焦特性, 得到了聚焦场能保持入射矢量光场的基本空间结构, 但中心结构信息会有损失的结果, 即Ince-Gaussian矢量涡旋光场由于涡旋相位的存在, 聚焦后会呈现破缺的空间结构。结果表明, 超表面结构和入射光场矢量结构之间的匹配程度是影响聚焦特性的重要因素。该研究为理解复杂矢量光场的超表面聚焦机理提供了参考。
衍射 超表面 几何相位 矢量光场 涡旋相位 diffraction metasurface geometric phase vector optical field Ince-Gaussian Ince-Gaussian vortex phase
1 南京航空航天大学 理学院 应用物理系, 南京 211106
2 南京航空航天大学 航天学院 航天光电信息系, 南京 211106
为了获得Ince-Gasussian矢量光场束腰位置对紧聚焦特性的影响规律, 采用正交偏振的奇偶模式叠加理论和Richards-Wolf矢量衍射积分理论, 对不同束腰位置的Ince-Gaussian矢量光场紧聚焦特性进行了研究。结果表明, 在高数值孔径聚焦条件下, 入射Ince-Gaussian矢量场的束腰距离透镜位置zi在一定瑞利长度zR范围内(zi<0.5zR)改变时, 其聚焦场的横向场结构即光强与偏振态分布, 依然可以保持稳定; 通过聚焦场相位结构分析, 给出了在束腰距离透镜位置zi超过一定瑞利长度zR范围(zi>0.5zR)时, 影响横向场结构不稳定的原因; 聚焦场纵向偏振分量作为聚焦场的一个自由度, 被证明可以用来构建更加丰富的矢量结构光场。此研究结果对复杂结构矢量光场在光学微操控与光信息存储方面的研究有重要参考价值。
物理光学 偏振 矢量光场 紧聚焦 Ince-Gaussian模式 physical optics polarization tightly focusing vector optical field Ince-Gaussian mode
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Physical Engineering, Shandong Provincial Key Laboratory of Laser Polarization and Information Technology, Qufu Normal University, Qufu 273165, China
2 School of Physics and Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics, Nankai University, Tianjin 300071, China
3 National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093, China
Orbital angular momentum (OAM), as a fundamental parameter of a photon, has attracted great attention in recent years. Although various properties and applications have been developed by modulating the OAM of photons, there is rare research about the non-uniform OAM. We propose and generate a new kind of continuously tunable azimuthally non-uniform OAM for the first time, to the best of our knowledge, which is carried by a hybridly polarized vector optical field with a cylindrically symmetric intensity profile and a complex polarization singularity. We also present the perfect vector optical field carrying non-uniform OAM with a fixed radius independent of topological charges, which can propagate steadily without radial separation, solving the problem of the unsteady propagation due to the broadened OAM spectrum of the non-uniform OAM. This new kind of tunable non-uniform OAM with a cylindrical symmetric intensity profile, complex polarization singularity, and propagation stability enriches the family of OAMs and can be widely used in many regions such as optical manipulation, quantum optics, and optical communications.
orbital angular momentum vector optical field singular optics phase singularity polarization singularity Chinese Optics Letters
2020, 18(12): 122601
南京航空航天大学理学院应用物理系, 江苏 南京 211106
复杂空间结构矢量光场是当前光场调控领域的重要研究内容。作为一类基于椭圆坐标系的本征激光场,Ince-Gaussian(IG)光场比Laguerre-Gaussian和Hermite-Gaussian两类本征光场具有更丰富的空间自由度,是构建复杂空间结构矢量光场的基本光场之一。基于正交偏振IG偶模和奇模的空间叠加理论,通过空间光调制器分离调控偶模和奇模光场,系统地研究了不同阶数下正交偏振IG模式叠加生成的不同空间结构的IG矢量光场。对获取的矢量光场进行分析,并与理论模拟的结果进行对比,验证了并联分离调控产生IG矢量光场的可行性。
物理光学 矢量光场 偏振 Ince-Gaussian模式 空间光调制器
1 南开大学物理科学学院,弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300071
2 南京大学固体微结构物理国家重点实验室,人工微结构科学与技术协同创新中心, 江苏 南京 210093
3 曲阜师范大学物理工程学院,山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
作为光的一个基本属性,偏振态提供的自由度对光场调控具有重要作用。具有空间结构偏振态分布的矢量光场因其具有不同于传统标量光场的独特性质而被应用于诸多领域,但矢量光场的早期研究主要集中于柱对称的局域线偏振矢量光场。近年来,偏振态分布更加丰富的新型矢量光场逐渐得到关注,这些新型矢量光场的出现丰富了矢量光场的种类并提供了新的调控自由度,被应用于焦场调控、光学微加工、光学微操纵和光信息传输等领域。综述了近年来出现的新型矢量光场,包括柱坐标系中的杂化偏振矢量光场、庞加莱球相关的矢量光场、阵列矢量光场、多奇点矢量光场和其他非柱对称的矢量光场,介绍了其进展、设计方案、实验生成、性质和相关应用。
物理光学 偏振态 矢量光场 光场调控 庞加莱球 奇点
