轨道角动量指向可控的紧聚焦时空波包(特邀)

利用Debye积分,研究了三个相互正交的轨道角动量(包括两个正交的横向轨道角动量以及一个纵向轨道角动量)光场在紧聚焦条件下的复杂耦合现象,并演示了焦场中相位奇点在三维时空间中的演化。此外,还研究了具有不同拓扑荷数的纵向轨道角动量对聚焦波包整体轨道角动量指向的影响。数值结果表明,聚焦波包的整体轨道角动量指向可由纵向轨道角动量的拓扑荷数进行调控,进而实现紧聚焦时空波包的轨道角动量指向可控。这种角动量指向可控的时空波包在光学微操作、微纳加工、自旋-轨道耦合以及量子通信等领域具有潜在的应用价值。

蝴蝶光束的焦散和波前特性

提出并实验产生一种基于衍射突变的新型蝴蝶光束。根据突变理论,该光束的光场结构由状态变量和控制变量共同构成的势函数所决定。由于蝴蝶突变的高维性,蝴蝶光场的焦散理论上表现为4维空间的超曲面,映射该光场到低维空间,其展现丰富多样的光场结构。此外,通过操纵控制参数,发现蝴蝶光束能调控成不同的光场结构。研究了蝴蝶光束的频谱,发现其谱振幅能用多项式形式表示。所得数值模拟结果与实验结果吻合。该光束具有弯曲的传播轨迹和丰富的光场结构,在波前控制、光学微操纵与生物医学方面有潜在应用。