基于Metasurface的轨道角动量光束的产生与调控

提出了一种基于metasurface产生与调控轨道角动量光束的新方法。光场在偏振态的演变过程中可以获得附加的Pancharatnam-Berry(PB)几何相位。因此,可以通过调控光场的偏振态获得所需相位。所构造的metasurface具有空间变化的光轴分布,能够精确地操控光束的偏振态。当metasurface的光轴方向在方位角方向连续变化时,就能产生与方位角坐标相关的PB相,也就是涡旋相。该相位可以用来产生轨道角动量光束,也可以用来操控涡旋光束的轨道角动量。实验结果验证了这种方案的可行性。所得到的结果为轨道角动量光束的产生及光束的轨道角动量调控提供了一种新方法,对基于轨道角动量光束的量子通信和光学微操控等也有应用价值。     

新型聚合物分散液晶相位光栅的制备

把具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合 ,注入表面经过取向处理的液晶盒中。以紫外灯为光源 ,通过光掩膜法 ,使混合物在光场的引发下发生相分离 ,形成液晶 /聚合物相位光栅。由于相分离后液晶在取向膜的作用下沿液晶盒面方向旋转 180° ,克服了传统液晶光栅器件对入射光偏振方向的依赖 ,提高了光的有效利用率。采用光学显微镜和He Ne激光器进行测试 ,结果表明所制样品具有较好的栅结构 ,其衍射效率不受入射光偏振方向的影响且具有电场可调性。该光栅制作方法简便 ,驱动电压低 ,在光通信器件、衍射光学、投影显示、光开关等领域有广泛的应用前景     

液晶软光子学——光场的多自由度调控

液晶是一类典型的软物质。它具有优异的外场调谐特性以及多层级的组装结构特征。文章介绍了作者在液晶光控取向技术及其光学应用方面取得的进展,如对液晶进行图案化编码实现任意液晶微结构的制备及多层级操纵,对光场的振幅、相位、偏振及波长等多自由度进行灵活、高效的调控,实现功能可调的液晶太赫兹器件等。     

基于光控取向技术的液晶元器件研究

从液晶取向技术展开,介绍了液晶几何相位的基本原理和光控取向液晶元器件的制作工艺,通过实验制备了液晶透镜和液晶双焦点透镜样品,并在衍射光路中演示了其效果.相比于传统光学透镜,制备的液晶透镜和双焦点透镜的焦距和焦点位置可以按需预设在液晶样品中,其中双焦点透镜可实现焦距相等和焦距不相等的情况.此外,本实验制备的液晶样品还具备偏振控制的功能,通过调节入射光的偏振态可以切换目标光场的分布.     

环形光束锥形衍射出射光场偏振特性及光场调控

环形光束的锥形衍射效应对于微粒的操控具有重要的应用价值.本文建立了环状高斯光束的锥形衍射模型,并基于Berry理论给出了线偏振态下环形光束锥形衍射出射光场的计算公式.理论仿真了环状光锥形衍射出射光场的偏振特性,得出环光锥形衍射出射光场的内、外亮环具有相互正交的偏振分布特性.搭建了线偏振态下环状高斯光锥形衍射的实验系统,实验验证了出射光场的偏振特性.针对环形光束锥形衍射出射光场具备的偏振特性,设计了一种组合偏振片,理论和实验研究了该组合偏振片对环光锥形衍射出射光场的调控.结果表明,随着组合偏振片方位角的变化,锥形衍射出射光场的内、外环强度发生周期性的变化.     

基于Pancharatnam-Berry相位调控产生混合偏振矢量光束

提出了一种基于Pancharatnam-Berry(PB)相位调控产生混合偏振矢量光束的方法.按照光轴随空间坐标变化的规律,用相位延迟为π的PB相位元件对PB相位进行操控,获得局域偏振为线偏振的矢量光束,将此矢量光束入射到四分之一波片,产生混合偏振矢量光束.通过测定斯托克斯参数重构输出光场的偏振分布,实验结果表明:当以θ0=0的线偏振光入射时,输出光场包含庞加莱球上垂直于S3轴经线圆上所有偏振态的混合矢量光场;当以θ0=π/2的线偏振光入射时,输出光场包含庞加莱球上垂直于S1轴经线圆上所有偏振态的混合矢量光场.     

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。

     

扭曲向列型液晶显示器的开关性质

在显示应用中经常利用介电各向异性△e为正的液晶材料的π/2扭曲层。在关的状态下,如果入射光束的偏振是平行于或垂直子界面液晶光轴的,那么法向入射光的偏振平面就随着向列层而扭曲。在平行偏振片之间这样的膜的外观是暗的。在开的状态下,液晶的取向平行于外加电场,在这个位置上,偏振面的旋转为零,层的透光度取极大值。虽然开和关的静态光性质是众所周知的,但对扭曲向列型器件的瞬间行为迄今还很少了介。 当驱动电压Vd大于光阈值电压V_(th)时,可以把透射的响应时间分为如下三个部分:     

液晶相位调控器件的高功率激光应用相关问题

液晶相位调控器件在聚变点火、激光加工、光电对抗、激光雷达、激光通讯、激光防护等高功率激光领域有着非常广泛的应用及应用前景。但受限于构成器件材料自身抗激光损伤能力的限制以及缺乏对高功率激光辐照下液晶相位调控器件相位调控性能退化及损伤特性的系统研究,目前液晶相位调控器件的激光耐受力还难以满足高功率激光系统的应用和发展需求。为指导高激光耐受力液晶相位调控器件的制备工艺优化,对液晶相位调控器件在高峰值和高平均功率激光应用下出现的损伤现象以及性能退化进行了综述,最后对液晶相位调控器件激光耐受力提升方法做了总结和归纳。     

全光控制产生任意矢量光束

提出通过调制光场的所有空间分布参数产生任意矢量光束的方法,即用两个反射型纯相位液晶空间光调制器可以对光的相位、振幅和偏振(包括偏振旋转和椭偏度)等参量进行全光调制或全光控制。在理论上给出了全光控制的琼斯矩阵方程,再计算要加载在空间调制器上的灰度图,从而产生目标矢量光场。实验上,通过调制两个或三个光场的空间分布参数产生了不同的矢量光场图样,从而验证了全光控制产生矢量光场方法的可行性。     

基于空间光场调控技术的光学微操纵

光镊技术具有无机械接触与高精度操纵微小尺度粒子的优点,自发明以来已逐渐成为生命科学和胶体物理学等领域中强有力的研究工具。随着研究的深入,传统的单光阱光镊已难以满足更高级的应用需求。近年来,空间光场调控技术通过对光场的振幅、相位和偏振态分布的调制,极大地丰富和增强了光学微操纵技术的功能,促进了包括激光微纳加工、微粒分选与输运、胶体粒子物理特性研究等方面的发展。从光场的振幅、相位和偏振态调制技术出发,综述近年来空间光场调控技术的发展及其在光学微操纵中的应用,重点介绍全息光镊、特殊模式光束微操纵、矢量光场微操纵等光学微操纵技术的研究进展。     

非对称光束干涉制备二维微纳光子结构研究

研究了基于不同偏振组合的非对称4束和5束光干涉制备二维微纳光子结构.通过改变光束的参数组合获得了枝节状、波形状等结构.在非对称光束干涉中,光束的构型和偏振改变了波矢差分布,从而改变晶格形貌和对比度.利用CHP-C感光胶开展了全息光刻实验制备,获得了与模拟一致的光子结构.该研究为制备新颖光子结构提供了有效途径,此类光子结构还可以为制备不同类型的金属点阵结构提供模板,对新型光子器件的制备和应用研究具有一定的促进作用.     

基于一维金属光子晶体平凹镜的柱矢量光束亚波长聚焦

柱矢量光束具有柱对称性的偏振分布,其独特的光场分布和聚焦特性被广泛应用于光学微操纵及光学成像等领域,并迅速向亚波长尺度拓展.通常,亚波长尺度聚焦采用等离激元透镜实现,但存在光场调控的偏振态局限性.而借助光子晶体的负折射效应,不仅能够实现亚波长聚焦或成像,而且应对正交偏振态同时有效.采用对电磁波具有更强调控能力的一维金属光子晶体结构,计算得到的能带结构和等频曲线表明其负折射效应在特定波段对正交偏振态同时有效.在此基础上设计出一维金属光子晶体柱对称平凹镜结构,通过有限元算法模拟显示了可见光波段的径向和旋向偏振光的同时亚波长聚焦行为.进一步的结果表明,改变柱矢量光束的偏振组分能够直接有效地调节焦场空间分布及偏振分布特性.所提出的平凹镜结构能够实现对任意偏振组分的柱矢量光束的亚波长尺度聚焦,且该结构的设计对于各波段情况均有参考意义.该研究结果对小尺度粒子的光学微操纵、超分辨率成像等相关领域具有潜在的应用价值.     

超颖表面原理与研究进展

超颖表面是一种特殊的二维亚波长阵列结构,具有很强的光场调控能力,兼有超薄、低损耗、易加工等优势,表现出广阔应用前景,近些年吸引了广泛的研究兴趣。本文将综述超颖表面的原理与研究进展,简要分析已报道的超颖表面类型,并重点介绍其在广义折反射、偏振转换、光束轨道角动量操控以及计算全息中的应用。超颖表面设计灵活、功能强大,有望在诸多应用中取代传统光电器件。未来基于超颖表面的新型、宽带、高效率、多功能以及主动可调功能器件等将是其重要的发展方向。     

面向光纤通信多维复用的光场调控与传输技术

复杂光场通常是指相位、振幅和偏振等具有特殊分布的结构光场,包括以轨道角动量模式为代表的涡旋光场和以偏振态非均匀分布的矢量光场。利用复杂光场构建多维复用光纤通信系统已成为空分复用光通信技术的研究热点。介绍了通过光纤实现复杂光场产生、调控、传输的方法;简述了新型环形纤芯光纤在低复杂度、短距模式复用光纤通信系统中的应用;介绍了基于Q玻片的短距直接检测矢量模式复用光纤通信系统实验;简要分析了光纤光栅耦合模式转换法,以及利用少模光纤实现一阶和二阶轨道角动量模式的产生方案;同时介绍了利用一维和二维周期渐变相位光栅测量涡旋光场特性的技术方案。光纤损耗和模式串扰是限制基于复杂光场的模式复用光纤通信系统性能的关键因素;基于光纤产生和调控高阶复杂光场仍然具有很大的挑战性。复杂光场模式复用技术作为一种基于光纤本征模式的复用技术,与其相关的研究在未来超大容量模式复用光纤通信系统中具有重要的研究意义和潜在的应用价值。     

紧聚焦轴对称矢量光场波前调控及应用

作为光波最重要的本征物理属性之一,光场偏振态在研究光与物质相互作用中占有重要地位。矢量光场的波前调控为其聚焦场提供了更加复杂、更加灵活可控的振幅、相位以及偏振态分布,丰富了光与物质相互作用的手段,为材料表征提供了传统线偏振、圆偏振光场所不可替代的研究方法,具有重要的物理意义和实际应用价值。本文将综述矢量光场最新的研究进展,详细介绍矢量光场的偏振态特性、产生方法,以及紧聚焦轴对称矢量光场波前调控在远场小尺度光斑的产生、磁光记录、单分子/颗粒取向探测、任意三维偏振态的产生、高密度数据存储、信息加密以及矢量光场波前重构等方面的重要应用。     

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。     

基于矢量光场的TeO2晶体旋光特性研究

矢量光场在其传输和与物质相互作用过程中,光场状态的时空演化区别于传统偏振光,具有独特的矢量化特征。研究了晶体二氧化碲（TeO₂）对于径向偏振矢量光场的调控特征,通过斯托克斯参量的测量,分析了3个晶体样品的偏振态演化规律,揭示了TeO₂晶体的旋光特性,表明其可以起到和双λ/2波片相同的偏振调控效果。研究结果有助于理解矢量光场在双折射晶体中的传输特性,促进矢量光场相关晶体器件的设计与应用。     

太赫兹液晶材料与器件研究进展

液晶是一种性能优异的可调控光电功能材料,基于液晶的太赫兹器件有着广泛的应用前景,但高性能太赫兹功能器件的研发仍处于初级阶段.本文综述了太赫兹领域液晶材料与器件的研究现状,探讨了液晶技术与太赫兹技术相结合的发展趋势.     

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。