涡旋光场相干调控及拓扑荷测量

涡旋光场是一类具有螺旋型波前的特殊结构光场,因其携带相位奇点、轨道角动量以及拥有中央暗核结构等物理特性,被广泛应用于光学微操纵、大容量光通信、超分辨成像等领域。通过对涡旋光场传统的物理维度(振幅、偏振、频率)进行调控,可以得到模式更加丰富、应用领域更广泛的新型涡旋光场。此外,涡旋光场还有一个非常重要的调控维度,即相干性。近年来,研究人员通过对涡旋光场的相干性进行调控得到了一类新型涡旋光场,即部分相干涡旋光场。相比于完全相干涡旋光场,部分相干涡旋光场在某些领域更具优势,如具有较高的抗湍流大气干扰性、更丰富的光束整形、更高的自修复能力和更强的微粒捕获能力等。本综述介绍了近年来整数阶和分数阶涡旋光场相干性调控方面的研究进展,重点对部分相干涡旋光场的理论模型、产生方法、传输特性、拓扑荷测量、应用等方面进行了详细阐述。

特殊关联结构部分相干光束大气传输研究进展

相干性是激光束的一个重要特性,具有低空间相干性的激光束称为部分相干光束;关联结构(函数)是部分相干光束的一个特有参量,通过调控相干性可构建具有特殊关联结构的部分相干光束。在湍流大气中,特殊关联结构部分相干光束不仅展现出诸多奇特传输性质,而且能够进一步有效抑制大气湍流引起的光强及相干度分布退化、光斑漂移和光强闪烁等各种湍流负面效应,在自由空间光通信、激光雷达和激光遥感等方面有重要应用前景。近年来特殊关联结构部分相干光束大气传输研究受到越来越多学者的关注。回顾了特殊关联结构部分相干光束大气传输研究方法和发展历程,举例展示了厄米系列特殊关联结构部分相干光束的大气传输研究成果。

非均匀关联光束在湍流中的单模光纤耦合效率(特邀)

研究了非均匀关联光束经过大气湍流后的光纤耦合效率。研究结果表明,大气湍流中非均匀关联光束的光纤耦合效率优于传统高斯谢尔模光束;且调控光束相干长度可以提高光纤耦合效率;针对不同传输距离的情况,可以通过调控光束相干长度实现耦合效率的最优化。同时,文中还讨论了光源参数:束腰和波长;耦合透镜参数:接收孔径和焦距;湍流强度对光纤耦合效率的影响。该研究成果证明光场相干结构调控技术在提升光纤耦合效率中的应用,在自由空间激光通信研究领域存在重要价值。

基于共振波导光栅结构准连续域束缚态的低阈值纳米激光器的数值研究

纳米激光作为一种纳米级相干光源,是光电集成芯片的关键器件.激光器进一步小型化的阻碍在于随着激光器谐振腔体积的减小,其损耗迅速增大.连续域束缚态(bound states in the continuum,BICs)能有效降低全介质结构的辐射损耗.本文提出一种基于全介质共振波导光栅(resonant waveguide grating structures,RWGs)准BIC的纳米激光器,可有效降低纳米激光器的阈值.将传统两部分光栅转换为四部分光栅,可激发波导结构的准BIC模式.本文数值研究了该模式的受激辐射放大特性.结果表明:TE偏振光照射下,基于四部分光栅的RWG结构的纳米激光阈值比基于传统RWG结构的阈值低20.86%.TM偏振光照射时,阈值比传统RWG结构降低了3.3倍.而且TE偏振光照射时纳米激光的阈值比TM偏振光照射时阈值大约低一个数量级,这是因为TE偏振光照射时,结构的电场局域在波导层内,增强了光与增益材料的相互作用,从而降低了纳米激光的阈值.

特殊关联结构光束的大气传输研究进展

近年来,光场调控逐渐成为光学领域的热点研究课题,光场相干性调控可以引发许多新颖物理效应。其中,通过相干性调控得到的特殊关联结构光束不仅展现出奇特的传输特性,而且可以有效地降低大气湍流引起的光强退化、光束漂移、光强闪烁和退偏振等负面效应。因此,特殊关联结构光束在自由空间光通信领域具有重要的应用前景。本文回顾了特殊关联结构光束的构建基础理论和大气传输研究方法及其发展历程,举例展示近些年典型特殊关联结构光束的大气传输研究成果。

扭曲部分相干光束研究进展

在扭曲相位的作用下,部分相干光束呈现出新颖的光学统计特性并在光束整形、微粒捕获、光学成像、自由空间光通信等众多应用领域中展示出其独特的优势。回顾了扭曲部分相干光束的研究发展历程,主要介绍了该光束的理论模型、传输特性、实验产生及相关应用基础,阐明了制约扭曲部分相干光应用研究进展的因素,并提出今后扭曲部分相干光研究的重点。

LiNbO_(3):Fe晶体中圆偏振光散射引起的偏振态变化(特邀)

报道了LiNbO_(3):Fe晶体内光致散射过程中偏振态的变化。将圆偏振光聚焦成极细的光片,并将其照射在c轴沿竖直方向放置的晶体上,研究了不同入射角时的光散射现象。在散射光从产生到达到稳态的数十分钟内,散射光主要在平行于c轴的方向上产生,同时在平行于光片的方向上存在分量,散射光产生速度随入射角的增大而减小。进一步观察表明,圆偏振光通过晶体后变成普通椭圆偏振光,不同入射角下出射光椭圆度也不同。结合晶体内部形成的噪声光栅,建立了圆偏振光的散射模型,并计算分析了偏振态变化的原因和机理。这一发现提出了一种利用光折变晶体的光致散射特性产生椭圆偏振光的方法,在基于光折变材料的光存储、光子晶格等方面有应用价值。

飞秒涡旋光与产生的3次谐波在空气中的耦合传输

模拟飞秒涡旋光在空气中成丝产生涡旋3次谐波的过程。研究初始基频波的扰动分布和峰值功率对双色涡旋光演化的影响。对于具有对称扰动分布的初始基频波,双色涡旋不受初始峰值功率影响,能够在成丝过程中保持环形强度分布。但是,在高峰值功率情况下,涡旋的螺旋相位分布受到多丝的影响,多丝引起的相位积累效应破坏了双色涡旋的螺旋相位分布。对于具有不对称扰动的初始基频波,当形成多细丝时,双色涡旋的空间环形分布和螺旋相位分布都会被破坏。

微纳光学结构与太赫兹辐射产生技术的研究进展

太赫兹(THz)技术在基础研究与产业应用中具有重要研究意义,但其广泛应用仍受限于高效、紧凑的THz源,特别是0.5~2.0 THz波段。目前,人们已经采用了多种技术产生THz辐射,基于光学的方法是其中最重要的手段。首先,针对THz脉冲波及连续波,基于光电导效应及非线性光学差频的THz辐射产生机理,总结了近年来微纳光学结构在提高泵浦光至THz转换效率上的应用。然后,分析了金属纳米光天线通过增强泵浦光局域电场提高THz辐射效率和将金属纳米光天线作为THz辐射源两种增强情况。最后,展望了其他类型的光学微纳结构,尤其是全介质光学天线支持的米氏谐振、无辐射模式以及连续域中束缚态等新颖物理现象在THz辐射产生中的增强作用。

基于改进的残差网络的分数涡旋光束模态识别

利用分数涡旋光束进行信息传输,可以大大提高通信系统的容量。但在接收端准确测定分数涡旋光束的模态,尤其在信道中存在湍流的情况下,存在一定的困难。本文提出了改进的残差网络(I-Res Net)以提高模态检测的正确率。实验结果表明,本文构建的网络能够准确地识别光束模态,且具有较好的泛化性。在传输距离为1500 m、弱湍流(C_(n)^(2)=10^(-16)m^(-2/3))、模态分辨率Δl≥0.05时,准确率可以达到100%;强湍流(C_(n)^(2)=10^(-14)m^(-2/3))、Δl=0.15时,准确率可以达到96.5%。随着湍流强度或传输距离的增加,正确识别率下降。这些结果对自由空间光通信系统设计具有一定的指导意义。

飞秒激光直写Tm∶YAP波导脉冲激光器

利用飞秒激光直写技术制备Tm∶YAP光波导并实现1.9μm波导调Q锁模激光输出。结合具有金属特性的NbSe2薄膜作为可饱和吸收元件进行光学调制,波导激光输出的激光脉冲重复频率为7.8 GHz,最短脉宽为62 ps。这也是已报道的从Tm∶YAP波导中获得的最短激光脉宽。通过调整泵浦光的偏振,可以获得1855.87/1892.54 nm的双波长激光输出。结果表明,具有金属特性的NbSe2薄膜在调制中红外超快脉冲激光器方面具有较大的应用价值。此外,双波长输出的紧凑型Tm∶YAP波导脉冲激光器在多功能集成光子学研究方面具有较好的应用前景。

部分相干照明下的相位恢复方法及应用研究进展

相位恢复技术在材料科学、生物医学、天文学等领域有着广泛的应用,不同的相位恢复技术及应用领域,需要用到不同的光源。光源的波长、相干性以及能量等参数都会影响最终的相位恢复效果。在以往的研究中,就空间相干性而言,往往将光源当作完全相干光处理,但是在实际应用中,X射线、电子束等光源都是部分相干光,且完全相干光经过介质时其空间相干性也会降低,因此,如何在部分相干照明下恢复物体正确的相位信息尤为重要。本文概述了空间部分相干照明下相位恢复技术的研究背景及研究进展,重点介绍了常用的几种相位恢复方法:模式分解法、强度传输方程、微扰法以及焦移法等,并对这些方法的优劣进行了对比分析。此外,还概述了微扰法相位恢复技术在特殊关联部分相干光场测量及部分相干涡旋光束拓扑荷数测量中的应用。