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  • 研究人员提出具有可控脉冲环轮廓的完美新型光学涡旋

    作者:光行天下小萌新译 来源:物理学家组织网 时间:2020-05-20 11:13 阅读:226 [投稿]
    光学涡旋被识别为螺旋波前所包围的相位奇点,由于其独特的特性,包括与甜甜圈形轮廓相关的运载轨道角动量,它在受激发射损耗纳米显微镜中得到了令人兴奋的应用,光学操作,包括量子和经典OAM多路复用光通信,增强的光学成像,以及最近在高强度涡旋物理学中的应用。

    光学涡旋被识别为螺旋波前所包围的相位奇点,由于其独特的特性,包括与甜甜圈形轮廓相关的运载轨道角动量(OAM),它在受激发射损耗(STED)纳米显微镜中得到了令人兴奋的应用,光学操作,包括量子和经典OAM多路复用光通信,增强的光学成像,以及最近在高强度涡旋物理学中的应用。然而,常规涡旋产生的甜甜圈形图案的大小强烈取决于所携带的拓扑电荷。 

    在2013年,Ostrvsky及其同事首次提出了理想光学涡流(POV)的概念,该概念在傅立叶平面上被成形为脉冲环,其半径与拓扑电荷近似准。在同一年,证明了这种“完美”的涡旋光束可以沿这些明亮的环动态捕获微粒,并且表明这些完美的涡旋提供了将OAM转移到沿这些明亮的脉冲环的捕获粒子的可能性。 

    一年后,这种新型的光学涡旋被提出用于OAM多路复用光纤通信,这提供了将多个OAM光束耦合到特定环形光纤中的可能性。但是,过去报告的那些POV的脉冲环都是亮环,这也可能会阻碍它们在某些情况下的应用。 

    最近,由中国科学院上海光学精密机械研究所的研究小组提出并证明了一种基于圆形达曼光栅(CDG)的具有可控脉冲环轮廓的广义POV。这个概念发表在《光子学研究》上。

     

     具有可控脉冲环轮廓的POV的示意图

    随着设计理论的发展,CDG已发现其在光学测量,光学图像编码,结构光泵浦激光器和环形激光照明等方面的应用。然而,传统CDG产生的脉冲环不具有任何轨道角动量。 

    根据研究小组的观点,嵌入螺旋相的CDG的每个衍射级的傅里叶光谱基本上是两个脉冲环的重量之和,一个是向内的,另一个是向外的。 

    因此,通过改变两个脉冲环之间的权重系数,可以任意地控制嵌入有螺旋相位的环形环的脉冲环轮廓。 

    在原理验证实验中,使用可编程空间光调制器来模拟嵌入螺旋相位的CDG的相位,并对其结构进行优化以获得这两个脉冲环之间的所需权重系数。 

    结果表明,出现了一种“绝对”的暗POV,每侧都被两个明亮的波瓣环包围,沿着这些暗脉冲环提供了理想的环形势阱,用于稳定地俘获低折射率的粒子,细胞或量子气体等等。

    此外,展示了几种具有不同脉冲环轮廓的POV,包括具有亮环的常规POV,上述深色POV以及具有可控脉冲环轮廓的POV。 

    这项工作开辟了新的可能性,可以任意地改变脉冲环轮廓以获得完美的涡旋。它在光学操纵,量子和经典光学通信,增强的光学成像以及新型结构的泵浦激光器中应引起高度关注。

    相关链接:https://phys.org/news/2020-05-optical-vortex-impulse-profile.html 

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