复杂光束及其变换特性(2)
1995 年， He 等人 在实验中通过 光学涡旋 对粒子进行操作 ， 取得了成功 ， 这就是所谓的光学扳手 ， 其原理涡旋光束具有角动量 ， 角动量的传输可以带动微小粒子的运动 。此外，光学涡旋的拓扑电荷因子还可以作为光学计算 ，信息处理 和 的拓扑算数学新手段 。 在光学通信 ， 量子计算 ， 以及远程传感等领域 ，涡旋光束也受到越来越多的关注。源]自=优尔-^论-文"网·www.youerw.com/ 此外涡旋光束的角动量还可以以作为信息 ， 用来进行信息传输 ， 传统的光通信是将信息编码成普通光的偏振态 ， 换句话说就是用光的偏振态来携带信息 ， 与之相比 ， 涡旋光束角动量可以携带更大容量的信息 ，并且在传输过程中可以更加保证信息的安全 。 可以从上面看出 ， 涡旋光束的应用范围很大，具有很好的前景。1.2 国内外研究现状近几年 ， 国内外对涡旋光束的特性有了深入的研究 。 随着科技的发展 ， 人们的研究已经从宏观上向微观上发展了 ， 对于微观的粒子 ， 现在引起了越来越多的注意 ， 为了能精确的操控微小粒子 ， 光操控开始崭露头角 ， 正是运用它的梯度力和散射力的原理才得以实现的 。 其中涡旋光束也在光学微操控中起到了很到的作用 ， 它的应用是因为具有角动量 ， 所以研究人员开始对光场具有的角动量进行了很多研究。 尤其是拉盖尔 - 高斯光场 [ 2 , 3 ]和高阶贝塞尔光场 [ 4 , 5 ]。 微粒 通过 梯度力可被陷于此种涡旋光中 , 而通过散射或吸收 , 微粒又可因角动量转换 , 沿着光场的环状光强分布旋转 [ 2-5 ]。 例如在单环拉盖尔 - 高斯光束的环状光强分布场中 ,我们可以人为控制地装入一定数量的胶质微粒。最近 , W. M.Lee 等研究了源于被陷拉盖尔 - 高斯光束中的多个胶质前方散射的干涉效应 , 研究发现来自多个光陷胶质的远场干涉模式包含了与相位结果和螺旋光场相关的关键信息 , 可见在这种涡旋光束中的光陷胶质的多方散射研究具有深远的重要意义 [ 6 ]。 同时 , 他们还证实了当三个或更多个胶质被陷于拉盖尔 - 高斯光束中时 , 在远场便会形成具有单一拓扑荷的光学涡旋。 Arlee V. Smith 等利用一个光学参量振荡器 (OPO)得到了高质量的涡旋光束 [ 7 ]。
在这个振荡器的腔中每经过一条腔径就会产生 p/2的相变 。 这种方法比较适用于脉冲激光和连续激光中实现涡旋光束 。 此外 ， 国内也对涡旋光束的特性进行了研究 ， 例如 ： 聚焦部分相干涡旋光束的焦移 [8]， 随机电磁涡旋光束的深聚焦特性 [9]， 涡旋光束与相位全息光栅不对准时的衍射特性研究 [10]， 圆环衍射效应下涡旋光束的光强变化 [11]， 涡旋光束的深聚焦特性 [12]。 这些研究对涡旋光束的衍射 ， 焦移 ， 聚焦等特性进行了深入研究 ， 让我们对涡旋光束有了更进一步的了解，使其在实际生活中能得到更广泛的应用。如粒子的捕获 ，导引和诱导旋转 , 充当光学扳手 , 以及激光打印和材料加工等领域的应用。1.3 研究意义由于涡旋光束 与普通的光束不同 ， 它的结构更加复杂 ， 并具有很特别的特征 , 使其具有很大的研究前景和应用潜力，研究人员对其的研究变得越来越多样性 。涡旋光束 在微观粒子操控中作用很突出 ， 常常被用作光镊等 。 它 可以 很轻松的对微观粒子进行操控 。 涡旋光束和光学涡旋的研究领域 及其的广阔和深远 , 正因为涡旋光束和光学涡旋这一课题的基础性和前瞻性 , 以及 它 是 对光的 一种 本性认识 ， 对于它的研究是 具有深刻的 影响 。 所以人们对其进行更为广泛和深入的研究是 具有十分重要的科学意义 , 随着 研究人员 对它们的深入研究 将来必定会 带来更多更有价值的研究成果及应用。
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