紧聚焦条件下的轴向双焦点波带片EI北大核心CSCD

基于紧聚焦条件下的矢量衍射理论推出了一个解析解形式的环半径公式,利用此公式设计得到的二元相位波带片可以使入射光的紧聚焦区域呈现轴向双焦点分布。并且,公式中的两个焦点的轴向距离和环半径直接相关,可以设计一系列的具有不同轴向距离的二元相位波带片,用来调制高数值孔径物镜,使其产生轴向可调的双焦点。以径向偏振贝塞尔-高斯光束为例,数值模拟了在不同轴向偏移距离的二元相位波带片的调制下的紧聚焦场的空间强度分布。数值模拟结果表明,基于此类二元相位波带片可以成功地实现轴向距离可调的双焦点。此外,利用一些具有特殊轴向距离的二元相位波带片,还可产生"光泡"与"光针"等特殊的紧聚焦场分布。因此,此类二元相位波带片有望应用于微粒子的动态操控与捕获。     

高斯光束经相位连续变化型波带片的衍射特性

 根据瑞利-索末菲标量衍射理论分析了相位连续变化型波带片对高斯光束的衍射特性。在高斯光束入射下,对相位连续变化型波带片光轴和焦平面上的太赫兹强度分布特性进行了模拟,分析了入射光束的束腰半径和束腰位置对衍射场的影响,并与平面波入射的情况进行了对比。数值结果显示,相位连续变化型波带片可以实现对高斯分布太赫兹波的聚焦。相位连续变化型波带片的衍射规律与薄透镜的聚焦规律相似。通过合理调整束腰与波带片之间的距离可以保证衍射效率在85%以上。与平面波相比,高斯光束入射下的焦点处中心场强较小,但衍射效率较高。     

螺旋型波带片聚焦特性研究

提出了一种计算螺旋型波带片聚焦特性的方法。从衍射积分理论出发对螺旋型波带片的聚集特性进行了理论计算,推导出了级数形式的解析解,获得了螺旋型波带片"空心"焦点的场强分布。利用螺旋型波带片的聚焦特性,对其成像进行了数值模拟和理论分析。理论分析表明螺旋型波带片的空间分辨率与其"空心"焦点的环宽有关。通过验证实验证明理论分析与实验测试一致,为螺旋型波带片成像理论和模拟计算提供了一种有效手段。     

相位连续可调诱导下双艾里光束形成的可控方形光瓶(英文)

提出一种利用相位连续可调诱导产生的双艾里光束形成方形光瓶的方法。该方法首先利用二值化后的相位调制出双艾里光束,为了能够实现光瓶能量分布,一个可调控的线性因子被引入到相位调制函数中形成新改进的相位,该相位能够灵活地调节光瓶的大小。数值模拟结果表明高斯光束通过该改进相位调制,能够形成光瓶能量分布的光束。该方形光瓶光束可应用于光镊、原子捕获与操纵。     

4pi聚焦系统中振幅和相位调制的径向偏振涡旋光束聚焦特性的研究

基于Richards-Wolf矢量衍射积分公式, 研究了径向偏振涡旋光束在振幅和相位调制下的4pi聚焦特性.振幅调制是通过振幅滤波实现, 即改变入射光束起始积分值达到调节,相位调制是通过添加相位延迟角δ 的液晶相位延迟器来改变入射光束的偏振态.模拟结果显示,随着振幅的减小, 4pi聚焦系统焦点附近的光轴上呈现出多光球结构; 而相位调制对焦点附近的光强分布产生拉伸作用, 即调节入射光束的拓扑核m和相位延迟器的延迟角δ,可以得到特殊的光强分布. 随着相位δ增大, m=0产生的多光球结构慢慢向光链结构转变,最终变成暗通道;而m=1产生的光链结构慢慢变成光球结构; m=2产生的暗通道变成光球和光链叠加的结构, 这种特殊聚焦光束在光学微操纵领域具有潜在的应用价值. 关键词： 物理光学 偏振 光链 4pi聚焦系统     

共焦显微系统中光学超分辨光瞳滤波器的设计

利用矢量衍射理论设计了适用于共焦显微等大数值孔径系统的三区二元相位型超分辨光瞳滤波器.数值模拟了等效数值孔径为1.4的共焦显微系统焦点附近的光强分布,根据系统所需要的斯特雷尔比和轴向分辨率,采用优化搜索算法求解了能够实现光学超分辨的三区二元相位型光瞳滤波器结构.结果表明,利用所设计的三区二元相位型光瞳滤波器可以在较低旁...     

基于非正交二元相位板的多焦点阵列光镊

提出了一种基于非正交二元相位板的阵列光镊系统,此系统可以实现对非正交排列的多个粒子的稳定捕获。通过对高数值孔径物镜在紧聚焦条件下的傅里叶变换理论和遗传算法来设计二元相位,优化得到具有不同分束比的,具有高衍射效率、高均匀度的归一化相位转折点,进而根据相位转折点设计出具有不同倾斜角度的非正交二元相位板。利用此二元相位板可以获得高数值孔径物镜聚焦下的各种非正交分布的阵列光斑。利用此类非正交阵列光斑,在光镊实验中实现了对二氧化硅微球的稳定捕获。理论模拟与实验结果表明,此方法可以实现对非正交排列的大量粒子的稳定捕获,在纳米粒子阵列的外延生长领域有着良好的应用前景。     

使用二元相位菲涅尔波带片产生轴向线聚焦

介绍了一种全新的轴向线聚焦方案.采用菲涅尔波带片，在实验中产生了沿轴向长为5mm，宽 100μm的线聚焦.光学测量表明，线聚焦轴向强度分布比较均匀.这些参数基本上可以满足激 光等离子体实验的要求. 关键词： 菲涅尔波带片 轴向线聚焦     

非均匀螺旋相位调制下对称破缺角向偏振光束的聚焦特性

提出了一种多参量调控角向偏振光束焦场强度和横向能流的方法.基于矢量衍射积分理论,数值模拟了非均匀螺旋相位和旋转对称振幅挡板调制下角向偏振光束的聚焦特性,讨论了螺旋相位结构和对称振幅挡板联合调制下,角向偏振光束焦场横向能流和偏振态的分布.结果表明:非均匀螺旋相位的引入改变了光场的聚焦特性,导致聚焦场重心产生了偏移;在偶数重旋转对称振幅挡板的联合调制下,焦场中出现了局部的椭圆偏振态和圆偏振态,且焦平面上出现了横向能流;通过调节螺旋相位,不仅可以实现焦场重心的特殊控制,还能进一步丰富焦场偏振态和横向能流分布.这种基于多参量调控焦场强度和能流分布的方法为实现操控特定区域的粒子提供了新的思路.     

二元相位菲涅尔波带片近场俘获高低折射率粒子（英文）

采用双环形涡旋偏振光照射二元相位亚波长菲涅耳波带片的方法,实现了对高低折射率瑞利(Rayleigh)粒子的近场俘获.利用角谱理论计算了菲涅耳波带片的衍射场分布.改变入射光的截断参数(β)和涡旋角(δ),可以在菲涅耳波带片的近场区域产生亮斑和暗斑.计算发现,当β=1.09和δ=0时,在近场区域产生亚波长三维亮斑,能够稳定俘获19nm的金粒子,金粒子的折射率大于周围介质,轴向和横向俘获距离分别为0.4921λ和0.2844λ.当β=1.45和δ=0.414π时,在近场区域产生光墙包围着的三维暗斑,可以将30nm的空气泡稳定地俘获在暗斑中心,空气泡的折射率小于周围介质的折射率.两种情况计算所得的俘获距离均小于传统远场俘获系统中的距离.该系统可以用来精确俘获两类折射率不同的Rayleigh粒子.     

产生特殊聚焦图形的二元光学元件

通过面积编码将伽博（Gabor)波带片的透过率函数的余弦分布等效为二元分布，研制了能产生各种特殊聚焦图形的二元光学元件。根据透镜聚焦的物理原理制作的二元振幅型波带片可以方便地产生多种聚焦线，给出了相应的实验结果，并讨论了改善聚焦效果的优化条件。     

自支撑二值化Beynon-Gabor波带片的制备及其单级聚焦特性

Gabor波带片是一种理想的单级聚焦光学元件,但制备困难.本文采用聚焦离子束直写技术成功制备出30环、20扇区的二值化Beynon-Gabor波带片,其有效面积半径为700μm,第一环半径90μm.利用各向异性腐蚀液对硅基底进行开孔,实现了Beynon-Gabor波带片二值化、自支撑、镂空的结构特征.在波长为355 nm的激光下测试其光学性能,结果表明所制备的Beynon-Gabor波带片主光轴上只存在1级衍射叠加后的焦点,不存在高级衍射焦点,具有优异的单级聚焦性能.     

激光波带片衍射性质的数值模拟

根据亥姆霍兹-基尔霍夫积分,对菲涅尔波带片的高斯激光场在轴向、径向强度分布进行了理论分析,研究了高斯激光束照射下波带片的衍射场规律.数值计算表明：沿轴向光场呈系列焦点,各焦点附近光强分布有振荡现象,随焦点级次的增大光强迅速增大;有焦移现象,焦移量随焦点级次的增大而增大;焦深随焦点级次的升高按平方反比律减小,随波带数减小或焦距增大而增大.在焦平面上,光斑大小与最外环宽度成正比,与焦点级次成反比.     

双光束在自散焦介质中对向共同传输时的诱导聚焦

对二维自散焦介质中双光束对向共同传输问题进行了系统研究.数值模拟结果表明：在适当的条件下，强的抽运光能通过交叉相位调制效应诱导弱的信号光聚焦.讨论了样品长度、抽运光初始振幅、信号光初始振幅及两光束中心初始横向间距4个参数对信号光聚焦过程的影响，发现存在最佳参数值，选择恰当的参数可提高光束聚焦的效率. 关键词： 自散焦介质 对向传输 诱导聚焦 交叉相位调制效应     

激光通过散射介质的聚焦

基于角谱衍射公式和散射介质的圆形高斯分布模型,数值模拟光通过散射介质的聚焦.通过反馈优化算法实现散射光束的波前整形,在目标位置处形成一个很亮的聚焦光斑.改变聚焦目标位置后,可实现任意位置处的单点或多点聚焦.讨论了空间光调制器上的总调制单元个数、每个调制单元相位准确度与光强增长因子的关系.结果表明:目标位置处的光强随着总像素单元数的增加而线性地增强,并且随着调制单元的相位准确度的增加而增强.     

带有相位拓朴数的环形相位板调控高斯光束的梯度力

 用基于德拜近似条件的矢量衍射理论研究了带有相位拓朴数的环形相位板调控高斯光束的光梯度力分布,改变相位板环形区的相对半径或当相位板的相位以一定拓扑数呈现拓扑变化时,可以调节光学系统焦点区域的光梯度力分布,形成各种非常有规则的几何形状的光陷阱,如当拓朴数分别取3,4,5,6时,可形成三角形、四边形、五边形和六边形光陷阱。此种相位板可用来构建可调的光镊系统,且通过调节相位板的各区域半径和拓扑数可以得到所希望的光陷阱。     

三环位相型光瞳滤波器的横向超分辨与轴向焦深扩展

用矢量衍射方法分析了线偏振光入射到带有三环位相型光瞳滤波器的高数值孔径物镜时,焦点的轴向和横向光强分布.数值模拟结果表明,高数值孔径物镜聚焦时需同时考虑光强的轴向和横向分布.通过加入三环位相光瞳滤波器,在实现横向超分辨的同时实现了光学系统轴向焦深扩展和轴向光强分布平坦化,并且位相调制深度变化时,会出现轴向焦移现象.对三环位相光瞳滤波器结构进行了优化,得出了优化结果. 关键词： 光学超分辨 扩展焦深 位相型光瞳滤波器 矢量衍射方法     

基于偏振响应的双焦点超表面透镜设计

设计了一种在轴向能够实现焦点延长的双焦点超表面聚焦透镜.改变二氧化钛纳米微元的长宽比和旋转角度,对传输相位与几何相位进行同时调制,实现对一组正交偏振态入射光的分别独立控制.设计的超构表面能将左旋和右旋圆偏振光聚焦在轴向邻近位置实现焦点长度的轴向扩展.超表面在波长为650nm的线偏入射光照明下,可以在实现焦点长度2倍扩展的同时,较好地保持焦点的横向宽度.若入射光为椭圆偏振态,还能够实现最终生成的焦点形状优化或两个焦点的切换.     

波带片离焦量和非单色光对光斑的影响

考虑了波带片在离焦和非单色光照明条件下的光斑特性，通过数值计算，得到了在不同离焦量时光强分布曲线、光斑大小、以及特定范围内总能量随离焦量的变化；同时得到不同带宽的光强分布曲线、光斑半径随带的变化曲线。并研究了用于软Ｘ光扫描显微镜的聚焦波带片允许的离焦误差以及光斑半径与带宽的关系。     

离轴矢量光束的紧聚焦特性

基于理查德-沃尔夫矢量衍射积分理论,数值研究了离轴矢量光束经过高数值孔径透镜后的紧聚焦特性.通过对比分析偏振奇点离轴的径向、角向矢量光束紧聚焦后,焦点附近的强度和相位分布规律,提出了一种由广义柱矢量光束设计紧聚焦场的方法.此外,通过分析矢量光束自旋分量的聚焦行为和自旋轨道耦合所诱导的自旋角动量分布变化,讨论了偏振奇点离轴对称破缺对高阶矢量光束紧聚焦场空间结构,特别是其自旋角动量空间分布的影响.该研究结果不仅对矢量光场的紧聚焦特性进行了补充,也为改进和完善焦场分布提供了理论参考.