非相对论Chern-Simons多涡旋解的拓扑结构(英文)

运用规范势分解理论研究了Jackiw Pi模型中的自对偶方程, 得到一个新的自对偶方程, 发现了Chern Simons多涡旋解与拓扑荷之间的联系。为了研究Jackiw Pi模型多涡旋解的拓扑性质, 构造了一个新的静态自对偶Chern Simons多涡旋解,每个涡旋由5个实参数描述。 2个实参量用来描述涡旋的位置, 2个实参量用来描述涡旋的尺度和相位, 还有一个实参量描述涡旋的荷。 为了研究拓扑数对涡旋形状的影响, 给出了具有不同拓扑数的多涡旋解。 另外还研究了该涡旋解的磁通量的拓扑量子化。     

Jackiw-Pi模型的新涡旋解

运用φ映射拓扑流理论研究了Jackiw-Pi模型中的自对偶方程，得到一个静态的自对偶解满足带有δ函数项的刘维尔方程, 从而得到了一个完整的带有拓扑信息的涡旋解,自然给出了磁通量子化.     

SU(2)Chern-Simons涡旋解的拓扑结构

运用规范势分解理论研究了 Dunne Jackiw Pi Trugenberger 模型中的自对偶方程, 得到一个静态的自对偶Chern Simons多涡旋解, 每个涡旋由5个参数描述。 发现了自对偶解与拓扑数之间的关系, 而拓扑数由Brouwer度与Hopf指标确定。 同时, 也研究了该涡旋解的磁通量的拓扑量子化。The self dual equation and its solution in SU(2) Dunne Jackiw Pi Trugenberger model has Been discussed with special ansatz for the Lie algebraic structures of su(2) and gauge potential decomposition. We obtainer a new concrete self dual equation and found the relationship between SU(2) Chern Simons vortices and topological number which is determined by Hopf indices and Brouwer degrees of  mapping. (two positions, one scale, one phase per vortex and one charge of each vortex) m vortices solutions are discribed by using 5m parameters. The quantization of flux is also studied in this case.     

等离子体中涡旋光束自聚焦与成丝现象的模拟研究

涡旋光束在低密度等离子体传输过程中出现的非线性物理效应与光子携带的轨道角动量(拓扑荷)存在密切关联.基于亥姆霍兹方程理论获得描述涡旋光束传输的旁轴近似方程,解析求出涡旋光束在低密度等离子体中传输的自聚焦临界功率表达式.利用分步傅里叶数值方法,针对不同参数条件下涡旋光束的自聚焦和成丝现象进行了模拟分析.研究结果表明,涡旋光束的拓扑荷数决定了自聚焦临界功率大小.涡旋光束发生成丝不稳定性现象的功率阈值和最大成丝数目与拓扑荷数存在密切关联.     

关于SU(2)瞬子方程的一点注记

近来,四维欧氏空间E~4中的SU(2)瞬子解,即SU(2)无源规范场方程的具有有限作用量的自对偶或反自对偶解,引起了人们很大的兴趣.从数学上看,这是一组二阶非线性偏微分方程(无源的杨-Mills方程)的带有拓扑示性数(第二陈类或Pontrjgin类,又叫做SU(2)对偶荷或瞬子数)的孤子解.从物理上看,它对于研究非Abel规范理论的真空的结构以及真空隧道效应有极密切的关系,并且可能与微扰论的高阶行为有关.     

聚焦部分相干涡旋光束的焦移

基于部分相干光的传输理论获得了部分相干涡旋光束被光阑透镜聚焦后的传输方程。基于这些方程研究了部分相干涡旋光束的焦移现象。研究结果表明,部分相干涡旋光束的焦移不仅依赖于菲涅耳数,而且依赖于光束的相干长度和涡旋光束的拓扑荷数。菲涅耳数越小,焦移量越大;部分相干涡旋光束的相干长度越小,焦移量越大;涡旋光束的拓扑荷数越大,焦移量越大。     

单环多段光强分布检测光学涡旋拓扑荷值

针对涡旋光束检测范围局限这一问题, 提出了一种新的光学涡旋拓扑荷值检测方法-单环多段光强分布检测法, 它以分段数和环半径为两大检测常数, 将检测涡旋光束拓扑荷值范围扩大到了128种, 与以往利用旁瓣调控光学涡旋检测拓扑荷值方法相比, 检测范围扩大了1个数量级. 单环多段光强分布是基于计算机全息图实现在远场衍射焦平面上环半径相等的两束携带不同拓扑荷数的涡旋光束叠加后形成的光强分布. 计算机模拟和光学实验验证了所提出方法的可行性, 该方法在自由空间光通信领域具有一定的研究价值和应用潜力.     

分光棱镜干涉法测量涡旋光束拓扑荷

理论分析并实验研究了涡旋光束通过单分光棱镜后的自干涉现象.研究结果表明,不同于涡旋光束与平面波或者球面波干涉,涡旋光束自干涉条纹呈"扭曲"状,且在干涉条纹边缘处会出现"断裂"条纹,其数目随着涡旋拓扑荷数增大而增大,且"断裂"条纹的指向与拓扑荷符号相关.上述结论提供了一种原理和操作简单的测量涡旋光束拓扑荷数的方法.     

超高斯涡旋光束在空间中的传输特性

研究了超高斯涡旋光束光强最大值、光斑半径以及环围能量半径等参数随传输距离和拓扑荷数的变化规律,并与高斯涡旋光束做了比较,结果表明:超高斯涡旋光束的光斑半径和环围能量半径随拓扑荷数及传输距离呈近似线性关系;对同一拓扑荷数和传输距离,高斯涡旋光束的能量较超高斯涡旋光束要发散;当拓扑荷数较大时,超高斯涡旋光束的光斑半径比高斯涡旋光束更大。针对光束质量研究了广义光束质量因子随传输距离和拓扑荷数的变化,结果表明传输距离足够远时,拓扑荷数较小的超高斯涡旋光束具有更好的光束质量。     

双层量子霍尔系统在填充因子υ=1/2态的涡流解(英文)

以双层系统的ZHK 模型为基础,研究了双层量子霍尔系统在朗道填充因子取υ = 1=2 这种状态的静态涡流解。ZHK模型是一种包含Chern-Simons 规范相互作用的有效理论。为了简便,假定涡流具有柱对称的结构,随后写出了无量纲的非线性运动方程组,并分析了解的渐进行为。另外,在自对偶条件下,确定了自耦合常数的形式,并写出了关于密度的自对偶方程。最后,使用数值方法找到了类型分别为(0,1),(0, -1),(1,-1) 和(-1,-1) 的涡流解。发现拓扑数为(1,-1) 的涡流是不稳定的,它会衰变为(1,0) 和(0,-1) 两种涡流。数值结果表明,拓扑数为(0,-1)和(-1,-1)的涡流确实是自对偶涡流解。We investigate the static vortex solutions of a bilayer quantum Hall state at the Landau-level filling factor υ = 1=2. This work is based on the ZHK model, which is an effective field theory including Chern-Simons gauge interactions. We deduce the dimensionless nonlinear equations of motion for vortices possessing cylindrically symmetry, and analyze the asymptotical behaviors of solutions. Additionally, we analyze the values of critical coupling constants under the self-dual condition, and obtain the self-dual equations. Finally, vortices of type (0,1),(0, -1),(1,-1) and (-1,-1) are solved with numerical methods. We reach the conclusion that vortex of type (11,-1) is unstable, which will decay to (1,0) and (0,-1). The vortices of type (0,-1) and (-1,-1) are self-dual solutions from numerical results.     

高次方涡旋光束经大数值孔径透镜的聚焦特性

为了获得多种类型的波长量级聚焦光斑,研究了一种新型涡旋光束,高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦。基于矢量德拜积分公式,理论上研究了线偏振的高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦特性。研究了涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数对聚焦平面光强和电场x分量的相位分布的影响。研究结果表明,通过控制涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数可以产生不同类型的聚焦光强分布,例如尺寸约为2个波长大小的实心和空心型聚焦光斑。此外,与普通的涡旋光束聚焦不同,高次方涡旋光束聚焦后的奇点并不在焦点处。这些特殊的聚焦光斑有望在微粒的操控等领域中得到应用。     

分数阶双涡旋光束的实验研究

具有分数阶拓扑荷数的涡旋光束的产生及其传输是近几年来人们感兴趣的研究课题． 本文提出了一种新型的分数阶双涡旋光束, 该光束是由两束带有不同分数阶拓扑荷数的涡旋光束共轴叠加产生, 其光强分布为双环结构．我们对该光束分别进行了理论模拟和实验研究．研究表明, 分数阶双涡旋光束的双环携带不同的轨道角动量, 且相互独立地传输．这种新型的涡旋光束相对于整数阶或单个分数阶拓扑荷数的涡旋光束更具有控制多样性, 有望在光学镊子、光学扳手等微粒子操控领域开发新的应用．     

完美涡旋光拓扑荷的原位测定

为了实现对完美涡旋光拓扑荷的快速测定,提出了一种同轴干涉测定方法,其基本思路是利用一个空间光调制器同时调制产生完美涡旋光与球面波,调制球面波的发散角使两者发生干涉,利用干涉条纹数来实现拓扑荷数的直接快速测定.理论模拟和实验测定结果表明,利用该方法得到的干涉条纹可以测定完美涡旋光的拓扑荷,包括大小与符号.进一步,利用该方法测量了完美涡旋光阵列与球面波的干涉图样,实现了对每个完美涡旋光的拓扑荷的快速测定.该原位测定方法简单、有效,对于利用完美涡旋光实现轨道角动量控制和信息编码等应用具有参考意义.     

涡旋光束在水下湍流中传输的闪烁因子的实验研究

为了研究涡旋光束和高斯光束在水下湍流中的闪烁特性,搭建了一套含有水下湍流的实验系统,利用循环泵控制水槽内湍流的强弱,使用闪烁仪测量光束的闪烁因子。利用这套实验系统,详细研究了涡旋光束和高斯光束在水下传输时的闪烁因子。研究结果表明,涡旋光束和高斯光束的闪烁因子随着传输距离的增大而增大,并且随着水下湍流强度增大,涡旋光束和高斯光束对应的闪烁因子也越大。在12.6m的传播距离内,拓扑电荷m=2的涡旋光束的闪烁因子远大于高斯光束的闪烁因子。另外,在不同强度的水下湍流中,拓扑荷数m=6的涡旋光束传播到5.4m时,其径向闪烁因子都先减小然后再增大。此外,拓扑荷数m=6的涡旋光束经过一定距离的传播后,其闪烁因子低于拓扑荷数m=4的涡旋光束的闪烁因子。本文研究结果对探索涡旋光束在海洋湍流中的应用具有重要价值。     

水下拉盖尔-高斯涡旋光束及其叠加态传输特性

通过实验研究了拉盖尔-高斯涡旋光束及其叠加态在水下湍流中的传输特性,充分考虑了不同温度差和盐度差的水流扩散产生的湍流对4种光束（高斯光束,阶数为0、拓扑荷数为6的拉盖尔-高斯涡旋光束,阶数为1、拓扑荷数为2与阶数为0、拓扑荷数为6的拉盖尔-高斯涡旋光叠加,阶数为1、拓扑荷数为2与阶数为0、拓扑荷数为10的拉盖尔-高斯涡旋光叠加）传输的影响,并对4种光束的漂移方差和闪烁指数进行深入讨论与分析。实验结果表明：随着湍流强度的增大,4种光束的漂移方差和闪烁指数都增大,相比其他3种光束,拉盖尔-高斯涡旋光束的漂移方差和闪烁指数较小;在较弱的湍流强度下,两种涡旋光叠加态的漂移方差和闪烁指数与拉盖尔-高斯涡旋光束相近。     

螺旋微孔阵列对涡旋光束的调制机理研究

从理论和实验上研究涡旋光束通过具有费马螺线分布微孔结构的衍射板后拓扑荷数的变化情况,以及光束强度分布的衍射和聚焦特性。利用一个正透镜对衍射光束进行聚焦,观察和研究聚焦光束在焦平面后一定范围内的光强分布变化情况。衍射光束的最内环光强分布在束腰前后约有五个变化阶段。这一变化趋势适用于涡旋光束通过微孔沿不同费马螺线分布的衍射板的情况,无论是螺线旋转方向的改变,还是螺线结构数目的改变。通过衍射光束与球面波的干涉来验证拓扑荷数的变化规律。结果表明,这种衍射可以产生新的拓扑荷数,其变化与入射涡旋光束的相位波前和螺旋微孔阵列的相对旋向有关。     

多分量对偶超导理论和口袋模型

基于联络新参数化方案研究了多分量对偶超导模型。给出了多分量Ginzburg Landau模型中的自对偶解, 并研究了磁通量子数趋于无穷大时的墙涡旋解, 以及与口袋模型之间的联系。The multi-component dual superconductor theory has been studied based on the new parameterization of gauge potential. The self dual vortices of the multi component Ginzburg Landau model was investigated. Then we considered the wall vortex whose flux goes to infinity. At last, the relationship between the bag model and wall vortices is considered.     

平面涡旋光干涉的分析

光学涡旋具有独特的相位奇点和螺旋相位结构, 多个涡旋光场之间的干涉呈现出新颖的强度和相位分布特征.通过在平面波背景中嵌入涡旋相位产生平面涡旋光场, 采用数值模拟方法研究了多个平面涡旋光场之间的干涉, 并分析了两个平面涡旋光场的中心间距及拓扑荷值对涡旋产生和湮灭的影响.进一步数值研究了对称分布的多个点涡旋光之间的干涉, 结果表明通过改变涡旋光束数目或者拓扑荷值, 可获得不同分布的对称涡旋阵列光场.利用计算全息并通过空间光调制器, 实验上实现了具有不同拓扑荷值的多个对称点涡旋光场的干涉, 其干涉图样与模拟结果吻合.实验结果不仅证实了数值模拟结果, 也为实验研究复杂涡旋光场的干涉提供了一种有效方法.     

线偏振相位涡旋光束的像散特性

提出采用像散系数表征涡旋光束的像散特性。利用螺旋相位板产生了线偏振相位涡旋光束,并对其光束质量及像散特性进行了实际测量。数值模拟了不同拓扑荷数的涡旋光束的传输特性及光束质量,分析了像散系数随拓扑荷数变化的规律,结果表明:当拓扑荷数为整数时,光束无像散,像散系数为零;当拓扑荷数为半奇数时,光束的像散特性明显,像散系数达到极大值;随着拓扑荷数整数部分的增加,像散系数的极大值减小。     

微扰法求解铅玻璃中的涡旋空间光孤子

在量子力学的微扰理论框架下,利用微扰法求解得到了1+2维强非局域非线性介质——铅玻璃中二阶微扰修正的"类拉盖尔高斯型"涡旋孤子的近似解析解。从非局域非线性薛定谔方程(NNLSE)出发,以铅玻璃中的真实折射率与Snyder-Mitchell(SM)模型中描述的抛物线型折射率的差值为微扰,以SM模型中的拉盖尔高斯孤子解为基态解,求得了铅玻璃材料中二阶微扰修正的"类拉盖尔高斯型"涡旋孤子的解析解。拓扑荷值分别为1、2、3、4的微扰修正的"类拉盖尔高斯型"光孤子比未加微扰的拉盖尔高斯型光孤子更稳定,非常接近孤子真解的传输行为。