刃型位错高斯光束的Riemann-Silberstein涡旋通过双焦透镜的聚焦特性

基于时间平均复标量场的零值点,推导出寄居于高斯光束中的刃型位错线形成的Riemann-Silberstein (RS)涡旋通过双焦透镜传输时的复标量场。详细研究了刃型位错高斯光束形成的RS涡旋通过双焦透镜的聚焦特性,分析了传输距离和双焦透镜在x方向的焦距对RS涡旋的影响。研究发现RS涡旋通过双焦透镜后会出现RS涡旋的移动、新产生一对含有相反拓扑电荷的RS涡旋、两个含有相反拓扑电荷的RS涡旋逐渐靠近至湮灭,但是,在整个聚焦传输变化过程中,RS涡旋的总拓扑电荷守恒。特别地,当RS涡旋通过理想透镜时,复标量场中始终只有4个位于x轴上的RS涡旋。随着传输距离增加,这4个RS涡旋先逐渐靠近原点(0, 0),又逐渐远离原点(0, 0),但每个RS涡旋的拓扑电荷一直保持不变,因此,总拓扑电荷守恒。

拓扑电荷在大气湍流中的守恒距离

基于非Kolmogorov谱模型和广义惠更斯一菲涅耳原理，以双曲余弦高斯（ChG）涡旋光束为例，对部分相干ChG涡旋光束在非Kolmogorov大气湍流传输中拓扑电荷的守恒距离做了详细的研究。研究表明，广义结构常量Cn^2越大，广义指数参量α越小，湍流内尺度l0越小，空间相关长度σ0越小，束腰宽度ω0越大，则拓扑电荷守恒距离越小，而湍流外尺度L0和双曲余弦部分参数Ω0对拓扑电荷守恒距离无影响。

离轴高斯涡旋光束的轨道角动量研究

由近轴光束理论,推导了离轴高斯涡旋光束在质心坐标中轨道角动量的解析表达式,在此基础上对离轴涡旋光束轨道角动量的分布及其传输进行了研究,数值研究表明,观测平面上离轴涡旋光束的轨道角动量的分布不再具备圆对称的特点,轨道角动量为0的等高线为封闭曲线,其内部区域轨道角动量数值为负,外部为正.随着传输距离的增加,远场区观测平面上轨道角动量的分布逐渐演变为近似左右对称的情形,拓扑荷数越大,演变的速度越快.另一方面,离轴距离也会影响到轨道角动量的分布,在确定的观测平面上,离轴距离越大,观测平面上轨道角动量极小值(负区域)的模值会越接近轨道角动量的极大值(正区域).该结论在研究离轴涡旋光束与微粒作用时能提供指导意见.

倍频过程中复合涡旋拓扑荷数的倍频效应

利用非线性频率转换过程获得高阶涡旋光场的方法得到了研究人员的广泛关注,目前关于该领域的研究大都集中在拉盖尔-高斯光束方面,而针对复合涡旋的非线性频率转换过程的研究不多。从理论方面分析了复合涡旋的倍频过程,得出了其倍频光场的涡旋分布,证明了复合涡旋倍频过程中拓扑荷数守恒。在实验方面,基于非线性光学晶体磷酸钛氧钾,验证了拉盖尔-高斯涡旋光倍频过程中的拓扑荷数守恒。基于马赫-曾德尔干涉仪产生复合涡旋光,并研究了其倍频过程。实验结果表明,复合涡旋光在倍频过程中的拓扑荷数仍然守恒。