时空光场调控以及时空光涡旋波包的研究进展(特邀)

综述了时空耦合光场,包括时空光场的理论背景,产生时空光场的实验方法,以及时空光涡旋波包的研究现状。由于时空光场的生成涉及色散与衍射效应之间微妙的相互作用,尽管用于产生时空耦合光场的实验装置与现有的4f脉冲整形器实验装置几乎相同的,但与传统的脉冲整形或光束整形技术相比,时空光场的生成过程更为丰富。新型时空光场具有独特的光子学特性,如携带具有纯横向轨道角动量的光子,在传播过程中不发生衍射,或以可控的群速度传播,使其成为量子光学、纳米光子学、自旋光子学和光与物质相互作用等研究领域的重要工具。

信息光学成像研究回顾、现状与展望(特邀)

从信息论的视角理解、研究、优化光学成像系统是成像科学自信息论诞生以来的一个重要研究方向,也一直在取得一系列相应的进展。但是,由于传统光学成像系统物面至像面的"固定点到点"所见即所得的图像信息采集模式,使得基于信息论的传统光学成像研究更多的具有理论上的意义,对实际应用系统的优化设计更多的是起到锦上添花的作用,难以在成像功能上有实质性的突破。随着现代光场调控技术和基于光场高阶关联的新概念光学成像技术的突破性进展,目前已经能够在成像过程中利用可控的光场时空涨落对目标图像进行编码,这对从信息论的角度理解和优化光学成像系统提出了迫切的需求,同时也为信息光学成像这一研究方向提供了全新的发展机遇。文中将回顾自信息论提出的半个多世纪以来信息光学成像的国内外发展历史,并结合目前光学成像的最新进展讨论其若干研究现状和可能的发展趋势。

拓扑视角下的光学涡环

涡旋环是一种广泛存在于流体和气体中的可传播环形结构,其与拓扑学中的纽结理论密切相关。近年来,随着光场调控技术的发展,时空光场在时间和空间维度的紧密联系为研究光学拓扑结构提供了良好的平台。文章将回顾近期关于光学涡环的系列研究,介绍光学涡环产生过程中的物理机制;并分别从拓扑和结构光两个视角出发,详细讨论由光学涡环延伸出的光学相位拓扑结构,包括标量光学霍普夫子及光学相位莫比乌斯环。

Space-time description of transverse photons: near-field aspects

A mean position state based on the gauge invariant transverse vector potential is used to convert single-photon states in Hilbert space to photon wave packets in direct space. The resulting photon wave-mechanical description leads to scalar products which relate to covariant integration on the light cone. A new correlation matrix displays the spatial localization problem for single photons in an explicit manner in space-time. The correlation matrix essentially is the projection of the time-ordered Feynman photon propagator onto the transverse photon subspace. The present photon wave-mechanical formalism is generalized to two-photon dynamics. In the diamagnetic limit the transverse photon becomes massive in its interaction with matter, and the correlation matrix for massivephoton interaction, which can be used in studies of evanescent-photon mediated couplings, is analyzed. On the basis of the present formalism the existence of a dynamical near-field Aharonov-Bohm effect is predicted.