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1、综合评述
2、光束REVIEW涡旋光束和光学涡旋OpticalVortexBeamsandOpticalVortices陆璇辉黄慧琴赵承良王将峰陈和(浙江大学光学研究所,浙江杭州310027)LUXuanhuiHUANGHuiqinZHAOChengliangWANGJiangfengCHENHe(InstituteofOptics,ZhejiangUniversity,Hangzhou,Zhejiang310027,China)摘要就涡旋光束和光学涡旋的基本特征和原理进行了概述,对其产生、传播及应用进行了介绍。对涡旋光束和光学涡旋的研究动态进行了叙述,并对其
3、未来的研究和应用前景进行了展望。关键词涡旋光束;光学涡旋;相位奇异性;角动量;螺旋相位;光学操控AbstractThebasicprinciple,generation,transformationandapplicationofopticalvortexbeamsandopticalvorticesarebrieflysummarized,aswellastheirprogress.Abriefoutlookaboutthefuturestudyandapplicationsofopticalvortexbeamsandopticalvorticesis
4、discussed.Keywordsvortexbeams;opticalvortices;phasesingularities;orbitalangularmomentum;helicalphase;opticalmanipulation中图分类号O436这种现象。M.S.Soskin等[9]发现学界的浓厚兴趣。所谓涡旋光束即1引言光学涡旋是随着人们对光认在去除很大比例的奇异性光束后,具有连续螺旋状相位的光束,换句识的深入,特别激光产生以后才逐光束在传递过程中又能恢复部分涡话说,光束的波阵面既不是平面,渐有了较为清晰的认识。自19世旋特征。事实上,对于任
5、何光学现也不是球面,而是像旋涡状,具有纪Airy[1]发现在透镜的聚焦面上象,不管是经典的还是量子的,波涡奇异性。会形成一种奇异的环以后,人们才旋都是固有的。随着研究的进展,到涡旋光束具有柱对称的传播开始对这种现象进行研究。197320世纪末大量关于光学涡旋的专性质,此种光束的涡旋中心是一个年,WilliamH.Carter[2]根据计算题论文和评论性文章发表[10~15]。暗核,在此光强消失[16,17],其在传机模拟揭示:可以通过对光束的极涡旋光束和光学涡旋凭借其播过程中也保持中心光强为零。涡轻微扰动使奇异环产生或消失。复杂性和可观的应用前景,逐渐成旋
6、光束的相位波前成螺旋形分布,之后,G.P.Karman等[3~7]研究揭为近几年学术界的热门研究课题。所以波矢量有方位项,且其绕着涡涡旋光束之所以应用非常广泛,特旋中心旋转[18]示:奇异环或环的波前错位随着任。而正是因为这个旋别是在光学操控领域极具优势,是转,光波携带了轨道角动量[19]何非近轴激光束的传递而产生。。因为涡旋光束所具有的螺旋波面[19]指出拉盖尔-高此外,光束参数的变化导致位错反L.Allen等应——波前奇异性的不断产生和可以聚焦成环形的光陷,而这个环斯光束具有f=mq的螺旋相位结消失。后来,A.V.Volyar等[8]提形的光陷就是光学
7、涡旋。构,它有显著的每光子mh!的轨道出:环的主要特征和边缘位错是横角动量。在这个螺旋相位的中心具2涡旋光束理论基础与研究向光学涡旋的一种空间运动,这种有奇异性,因为此处的相位是不确概况光学涡旋的基本单元具有相位奇定的,而且场振幅也消失了,以致异性,这是首次用光学涡旋来解释涡旋光束近几年引起了物理在光波的中心形成了“黑心光束”。50Jan.2008VOL.45NO.1激光与光电子学进展Laser&OptoelectronicsProgress螺旋模式Y光束在其传播时,拓扑荷始终不厄米-高斯模获得涡旋光束[27,28]m(r)的相位因子;和沿着光轴的极角q是
8、成比例的,变,而且光束的中心总是空心的。还可选择性地直接从具有相位转Y-ikzif一般涡旋光束的形成可以通换装置[29]的激光谐振腔中产生涡m(r)=u(r,z)ee,这里f=mq是螺旋相位,k=kz!是光束的波矢过对激光束的调制来实现,如两正旋光束等。量,u(r,z)是z处的光场径向分交非涡旋光束的叠加或转换高斯涡旋光束已被广泛应用,它不光束。涡旋光束沿着带有螺旋相位仅可用于增大激光腔的模体积[29,30]布,m是整数绕数(也被称为光学,波前的光轴展示了其相位的奇异光的光导[31~33][34]拓扑荷,注:某些粒子的特性在场,频率移动,角动性,这个螺旋波
9、前是由相位因子量的改变[35]变形下保持不变,这样的守恒律称,而且
