基于相位型正弦光栅的涡旋光阵列产生及优化

首先通过理论推导出了二维正弦光栅的衍射场分布,并基于夫琅和费衍射理论,得到了拉盖尔-高斯光束通过该光栅的目标平面场分布表达式。数值模拟结果表明,当拉盖尔-高斯光束通过由两频率、周期均相等的一维光栅正交叠加生成的二维相位型正弦光栅调制后,在目标平面处产生了由相同拓扑荷涡旋光束组成的N∗N涡旋光束阵列,但不同衍射级次的涡旋光强度不等。为弥补这一缺陷,使用模拟退火算法对光栅进行优化,得到了光强不均匀度0.11‱,衍射效率81%的3∗3阵列;光强不均匀度0.03‱,衍射效率72%的4∗4阵列及光强不均匀度5%,衍射效率71%的5∗5阵列。结果表明,该方法生成涡旋光阵列具有简便性和实用性,这将为相同拓扑荷数涡旋光阵列的应用增加技术支持。

基于双光栅衍射的规则涡旋光阵列产生方法

本文提出了一种利用双光栅衍射获得规则涡旋光阵列的方法,将设计的两光栅分别加载到两个空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)上,平面光波依次垂直通过两光栅,通过改变两光栅的衍射距离获得相位分布不同的涡旋光阵列,推导得出涡旋光阵列光场强度的表达式.针对两光栅的不同衍射距离产生涡旋光阵列的峰值强度进行了分析,得出了产生高质量涡旋光阵列的最佳衍射距离.模拟实验表明,利用双光栅衍射的方法可获得高质量的规则涡旋光阵列.该方法装置简单容易实现,为产生规则涡旋光阵列提供了一种新途径.

涡旋阵列光场与涡旋光镊技术

涡旋阵列光场不仅具有单涡旋光束的特性,而且新增了空间排列这一新的自由度,新颖的结构与特性使其在光通信、光学微操、大容量光存储等领域应用广泛.本文研究了周期性阵列光场的特性与产生,利用多束涡旋光束叠加制作单环、双环的晶格,通过模拟和实验设计制作了多种二维涡旋阵列光场,如线性排列、矩阵排列和径向排列的二维涡旋阵列光场,并分析了其结构特性.利用二维周期阵列光场与沿z轴传播的平面波相干涉,产生多种三维阵列光场,如六角型、六边螺旋型、Kagome型和Honeycomb型三维涡旋阵列光场.在应用方面进行了光镊实验,分别用涡旋波片法和全息法产生涡旋光束并应用于捕获二氧化硅微粒并驱动其旋转,实现了涡旋光束的粒子微操纵.这两种方法产生的涡旋光束均可用于光镊技术,启发我们在未来的应用中寻找更为便捷高效的光镊技术手段以提高工作效率.

基于光取向技术的液晶螺旋达曼波带片

涡旋光阵列在光通信、多微粒操控、并行激光加工等领域有着广阔的应用前景,近年来受到越来越多的关注。然而动态可调的纵向涡旋光阵列的实现仍具有一定挑战性。本文基于达曼编码方法与液晶光取向技术,设计并制备出一种液晶螺旋达曼波带片。实验结果表明,该器件可以高效地产生拓扑荷数逐级变化的1×5纵向涡旋光阵列,并可以通过改变外加电压来动态切换器件的开关态。此外,该器件通过水平/竖直翻转一次或是改变入射光模式,还可以对产生的纵向涡旋光阵列的拓扑荷数进行反转变换或加减运算。液晶螺旋达曼波带片兼具低成本、高效率、电光可调等优势,有望促进液晶光电元件在多维光场调控等领域的应用。

涡旋激光阵列产生技术研究进展

与单涡旋光束相比,涡旋光阵列具有多个相位奇点,不仅能够增大信息传输容量,还能增加捕获和观察到的微粒数量。目前在光学领域有多种涡旋光阵列的产生方法,如干涉法、泰伯效应法、光楔衍射法、模式转换法、达曼涡旋光栅法、计算全息法、空间光调制法、超材料图案法等。对这些研究方法的理论模型、实验原理、实验结果及其研究现状进行了详细介绍,并对应用前景作出展望。