光场偏振分布测量方法及其应用（特邀）

偏振是光的固有属性之一,用于描述电矢量的振动方向,也是光场的一个重要信息参量。光场的偏振测量,尤其是具有复杂空间结构光场的偏振分布测量,是研究光场偏振特性及其应用的重要课题。本文从偏振测量的相关原理出发,总结评述近年来有关光场偏振分布测量和材料光学各向异性测量方法的发展动态,以及不同条件下光场的斯托克斯参量、光学各向异性材料的琼斯矩阵和双折射参数的测量方法及其应用。     

固体浸没透镜出射光场偏振特性研究

在固体浸没透镜近场光存储中, 光的偏振对近场光场分布具有很大的影响. 采用三维时域有限差分法, 对聚焦线偏振高斯光束通过固体浸没透镜后焦平面上各分量场分布及距离焦平面不同位置光斑图样进行了模拟. 结果表明在焦平面上及距离焦平面较近的近场区域, 出射光场在与入射光偏振垂直方向出现显著的场增强现象, 从而使光斑图样呈近似椭圆分布; 而在距焦平面较远的远场区域光斑图样趋向圆形对称分布.     

外电场操控单分子的偶极取向极化特性研究

单分子偶极取向的有效操控对于提高单分子荧光收集效率及荧光共振能量转移等相关研究具有重要的意义.本文通过测量单分子荧光偏振特性的变化,研究了外部电场作用下极性单分子的偶极取向极化特性,实现了外电场对单分子偶极取向的有效操控.研究发现电场方向与单分子样品表面平行时,掺杂在聚甲基丙烯酸甲酯聚合物薄膜中的取向随机分布的极性单分子荧光偏振方向呈现出双峰统计分布规律,表明在溶剂挥发过程中外电场诱导极性单分子偶极取向进行了重新分布.     

新型矢量光场调控:简介、进展与应用

作为光的一个基本属性,偏振态提供的自由度对光场调控具有重要作用。具有空间结构偏振态分布的矢量光场因其具有不同于传统标量光场的独特性质而被应用于诸多领域,但矢量光场的早期研究主要集中于柱对称的局域线偏振矢量光场。近年来,偏振态分布更加丰富的新型矢量光场逐渐得到关注,这些新型矢量光场的出现丰富了矢量光场的种类并提供了新的调控自由度,被应用于焦场调控、光学微加工、光学微操纵和光信息传输等领域。综述了近年来出现的新型矢量光场,包括柱坐标系中的杂化偏振矢量光场、庞加莱球相关的矢量光场、阵列矢量光场、多奇点矢量光场和其他非柱对称的矢量光场,介绍了其进展、设计方案、实验生成、性质和相关应用。     

自由空间中偏振调制光场的传输及控制

光场的偏振态作为光场调控的一个新自由度,逐渐成为研究者们关注的热点。对光场偏振态的非均匀调制可以实现光子自旋-轨道相互耦合,从而发掘很多新的光学现象,其中Pancharatnam-Berry(PB)相位扮演了至关重要的角色。在偏振转换中,光场的不同偏振分量得到不同的PB相位。利用PB相位对光场偏振分量进行波前整形,以控制光场偏振分量的传输,从而在光场传输过程中实现偏振转换、角动量转化、能流控制等。光场偏振调制的相关研究在自旋选择成像、微粒操控、激光微加工、信息传输与修复中具有潜在的应用价值。分析了偏振调制光场的传输和控制原理,总结了近年来国内外的相关研究工作进展。     

近场光学虚拟光探针的数值分析

虚拟光探针是基于近场光学隐失场干涉原理产生的一种非实体探针，可以应用于近场光学超高密度存储、纳米光刻、近场光学成像、光谱探测、纳米样品的近场光学操作等领域。本研究采用三维时间域有限差分（FDTD）方法对近场光学虚拟光探针的光场分布特性进行了数值模拟计算和比较，分析了孔的形状、大小及偏振态等因素对虚拟光探针光场分布的影响，研究结果表明虚拟光探针的通光效率较普通的纳米孔径光纤探针提高10^2-10^4倍；其光场分布的中间峰的半峰全宽（即虚拟光探针的尺寸）在一定距离范围内基本保持不变，从而可以解决近场光学系统中纳米间距控制的难题，避免光学头与介质的磁撞。优化虚拟光探针的设计参量能有效的抑制虚拟光探针中的旁瓣。文章还给出了应用虚拟探针实现高密度光存储的原理方案。     

入射光的偏振特性对反射式近场光学显微镜成像结果的影响

用偶极子-自洽场理论模拟计算了反射式近场光学扫描显微镜中入射光的偏振特性对近场成像结果的影响(包括系统分辨率和相关的成像特性)，并给予了相应的分析和解释。分析计算结果表明，入射光偏振性的选择将影响近场光学显微镜的成像质量。在近场区域，用垂直于样品表面偏振的入射光(即x方向偏振)照明成像将得到优于相应水平偏振(即x方向偏振)的入射光照明的系统分辨率。用x方向偏振的入射光照明时，所得光学图像会发生局部的光强对比度反转。     

极小孔半导体激光器近场区光场分布研究

利用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了极小孔半导体激光器输出光端面附近的光场分布,指出小孔激光器近场区域光场分布的特点,讨论了小孔大小和金属厚度对光场分布和光源分辨率的影响,得到设计和制备极小孔半导体激光器的优化方法.     

照明模式SNOM中样品对近场光场分布的影响

在同时考虑样品的形貌及材料光学参量和入射光偏振模式的情况下,利用基于边界元方法编写的二维矢量电磁场计算程序,对工作在照明模式下的扫描近场光学显微镜（Scanning Near-field Optical Microscope,SNOM）的近场矢量电磁场分布进行了数值计算模拟研究.结果表明,在没有表面形貌特征时,探针的光能量透射率随样品材料的折射率和损耗角的增加而增大,而样品表面光斑尺寸受折射率和损耗角的影响很小;对有形貌特征的探针扫描像研究结果表明,SNOM的分辨率随着样品的折射率和损耗角的增加而提高;对SNOM不同的工作模式的扫描成像信号进行的计算结果表明,恒定间距扫描方式比恒定高度扫描方式对样品表面的细节有较强的分辨能力.     

结构光场编译码通信研究进展

结构光场是一类对光波空间结构进行剪裁的特殊光场。广义的结构光场包括具有空间变化的幅度、相位、偏振分布和空间阵列分布的光场。结构光场因其独特性而在光学操控、显微、成像、计量、传感、非线性光学、天文学、量子科学和光通信等领域获得了广泛应用。基于结构光场的光通信技术包括复用通信和编译码通信。本文回顾了结构光场编译码通信的研究进展,全面综述了结构光场的产生方法以及不同空间模式(轨道角动量模式、无衍射贝塞尔模式、线偏振模式、矢量模式、空间阵列)、不同编码方式(直接模式编码、高速映射)和不同应用场景(光子芯片、自由空间、光纤)的结构光场的编译码通信,并对其未来发展趋势进行了分析和展望。结构光场编译码通信开发了光场空间域维度资源,有望为解决光通信新容量危机和实现光通信可持续扩容提供潜在的解决方案。     

Electrooptical effect during action of linearly polarized radiation on a particle from an anisotropic dielectric

Interaction between intensive light radiation and the induced dipole moment of a particle results in the appearance of an electrooptical effect manifested in the nonlinear dependence of the intensity of the cross-polarized radiation scattering component on the incident wave intensity. The case of scattering in the 180° direction is examined.     

气溶胶凝聚粒子散射特性的数值计算

利用Cluster-cluster aggregation (CCA)模型,模拟了由相同数目球形原始微粒凝聚而成的四种随机取向气溶胶凝聚粒子．根据物质的电结构,将气溶胶凝聚粒子离散为一系列偶极子,结合离散偶极子近似方法,在获得每一个偶极子的电偶极矩之后,数值计算了气溶胶凝聚粒子散射强度的角分布,并分析了散射强度随入射光入射角度和气溶胶凝聚粒子尺寸参数变化的规律．结果显示：当散射角较小时,气溶胶凝聚粒子取向和入射光的入射角度对散射强度影响不大,当散射角增大时,散射强度则明显依赖于气溶胶凝聚粒子取向和入射光的入射角度;对于不同尺寸参数的气溶胶凝聚粒子,在同一角度入射情况下,随尺寸参数的增加,气溶胶凝聚粒子的散射主要集中于前向散射．     

Transverse zeeman effect for ions in uniaxial crystals with and without mirror plane symmetry

Intra-configuration electric dipole transitions may occur for an ion in a crystal at a site that is not a center of inversion. When an external magnetic field is directed perpendicularly to the principal crystal symmetry axis c, intensity variations in the optical spectrum due to transitions between Zeeman states may appear as the crystal is rotated about c or as the direction of polarization of the incident light is changed with respect to the Zeeman field direction. The electric dipole selection rules giving rise to these intensity fluctuations are derived by consideration of Earney's mirror plane symmetry, and are shown to be identical to those obtained by other means.     

c向直流电压作用下α—LiIO3单晶的光的异常散射的进一步研究

文献[1]发现激光束通过c向直流电压作用下的α-LiIO₃单晶时,产生一种电矢量有特定取向且不同于入射光电矢量方向的异常散射带。本文进一步研究了这种散射带的精细结构。确定散射光相对于入射光没有大于15MHz的频移。这种散射带的强度在透射光斑两侧分布不对称,一侧强,另一侧弱。我们发现两种绝对构型的晶体,散射带的强度分布正相反,D型晶体散射强的一侧,正是L型晶体散射弱的一侧。并研究了异常散射带位置和透射光斑的位置间的各种配置状况,发现它们取决于两个通光面相对于c轴的取向。 关键词：     

光电子的初能量分布与角度分布

本文利用了Nottingham关於透射系数的经验公式,将DuBrige的不考虑反射效应的光电子初能量分布理论加以推广。由於详细地考虑了表面位垒对发射出来的电子所起的折射作用,因此不仅讨论了光电子的初能量分布与法线能量分布,而且也讨论了角度分布。这些讨论都假定发射面是理想的金属表面,没有碎鳞效应;金属内部的电子满足费密-狄喇克(Fermi-Dirac)统计分布;并假定入射光为固定强度的非偏振的单色光。本文中所获得的光电子初能量分布公式相当简单,而且比已往的理论更符合实验结果。光电子的角度分布曲线呈蛋状,大的一端向外,这舆Ives的实验结果相符。如果表面的反射效应不存在,那么角度分布满足馀弦定律。其他如光电流的光谱分布、球形电容器(其中心的小电极为光电阶极)在阻滞场下的伏-安特性曲线的理论公式,以及法线能量分布和理想平行板电容器在阻滞场下的电压-雷流特性曲线的理论公式也都曾加以讨论。     

Elimination of fluorescence intensity difference in orientation determination of single molecules by highly focused generalized cylindrical vector beams

The orientation of the dipole moment, which is one of the important parameters in single-molecule fluorescence spectroscopy and often influenced by subtle changes in the local environment, is determined by highly focused generalized cylindrical vector beams combined with a confocal far-field microscope. As compared to the case of a radially polarized incident beam, the numerical results demonstrate that fluorescence intensity difference among single molecules with different orientations can be effectively overcome for a particular polarization direction of the generalized cylindrical vector beam, which may increases the signal-to-noise ratio of the practical experiments and then ease the difficulty in orientation determination of single molecules.     

边界衍射波理论公式的准确性数值分析

利用数值分析的方法分析了由边界波理论公式所得的圆形光阑衍射场的光强分布.通过对边界波理论公式所得的光强分布曲线,对几何照明区与阴影区的光强分布曲线与面衍射积分公式所得的光强分布曲线进行比较,分析了边界波理论公式对衍射场描述的准确性.     

入射光的偏振特性对全内反射荧光显微术中荧光激发的影响

基于麦克斯韦的电磁场理论，研究了在全内反射荧光显微术中不同偏振态的入射光所产生的 不同偏振的隐失场以及对不同取向的荧光分子荧光发射的影响.理论分析结果表明，p偏振的 入射场将产生椭圆偏振的隐失场，s偏振的入射场将产生s偏振的隐失场.随着荧光分子三维 取向的不同，这两种隐失场的激发荧光效率也将不同，由此引起荧光发射强度的各向异性分 布.据此特性，可以实现对膜表面分子三维取向的成像. 关键词： 全内反射 荧光显微术 隐失波 偏振态     

反射光偏振特性分析与物体形状的测量

基于反射光偏振特性,提出了利用图像处理技术测量透明物体三维形状的理论和方法.分析了物体表面反射光的偏振特性,表明自然光在经透明物体表面反射后,反射率随光的振动方向不同而不同,即反射光表现出部分偏振光的特性.研究了强度反射率与入射角以及光强与偏振片方向之间的函数关系,得到了光强大小与入射面方向的关系;根据偏振度概念并结合菲涅耳公式和折射定律,建立了偏振度和入射角之间的表达式,可求得物体表面法线方向,进而得到透明物体的形状.研制了光学实验平台,获得了物体反射光的偏振图像,经过图像处理,获得了被测物体的三维形状.实验结果表明,这种方法对透明物体形状测量是有效和实用的.     

有机抽提对泥炭中的木栓质体荧光光谱特性的影响

对泥炭中的木栓质体及泥炭有机抽提残渣中的木栓质进行了荧光（光谱）对比研究，研究发现有机抽提对泥炭中的木栓质体的荧光（光谱）性影响很大，有机抽提前泥炭中的木栓质体发鲜艳的黄绿至绿色荧光：λｍａｘ＝４７０～５２０ｎｍ；Ｑ６５０／５００＝０．１０～０．５４。有机抽提后泥炭中的木栓质体则发暗黄色橙黄色荧光：λｍａｘ＝６０５～６６０ｎｍ，Ｑ６５０／５００＝１．８５～４．０９，有机抽提使木栓质体的荧光强度（Ｉ