Efficient Beam Converter for the Generation of Femtosecond Vortices
我们描述了一种光束转换器，用于将高斯飞秒激光束有效地转换为没有空间或拓扑电荷色散的单电荷或双电荷涡旋光束。该装置实现了75%的单电荷和50%的双电荷涡旋光束的转换效率，并可以与高能量宽带脉冲。我们还证明了飞秒涡旋光束的拓扑荷可以通过分析其在柱面透镜聚焦区的光强分布来确定。
2010-05-10 physics.optics
Generation of multi-terawatt vortex laser beams
我们报道了在薄的熔融石英衬底上制作大面积相位掩模的方法，这种掩模适用于对多太瓦飞秒激光束进行整形。我们应用这些相位掩模产生强烈的飞秒光涡旋。我们进一步量化的涡旋光束图案，导致从几种常见类型的掩模缺陷的失真。
2014-02-27 physics.optics
Generating tightly focused perfect optical vortex for ultra-secure optical encryption
光的轨道角动量（OAM）具有固有模式的正交性，被认为是一种新的光学加密方法。然而，环形强度分布对拓扑电荷的依赖性使纳米级光-物质相互作用复杂化，并阻碍了超安全加密应用。在本文中，我们证明了超安全的图像加密紧密聚焦完美的光学涡旋（OWL）光束与可控的环形强度分布和OAM状态。提出了一种由单个空间光调制器组成的简单方案，用于产生半径可控的紧聚焦光束。这种具有相同的强度分布但不同的OAM状态的聚焦双折射光束被施加到无序耦合的金纳米棒聚集体上，以选择性地激发电磁热点，通过光热变形来编码信息。因此，可以实现与不同偏振相结合的双光束的OAM状态中的超安全图像加密。我们的研究结果奠定了基础，利用OAM部门的纳米光束的各种纳米光子应用。
2021-11-01 physics.optics
On the orbit-induced spin density of tightly focused optical vortex beams: ellipticity and helicity
本研究探讨紧聚焦光学涡旋光束的轨道诱导自旋密度特性，揭示纵向自旋密度可无关联螺旋度、横向自旋不与零螺旋度相关联的异常行为，修正了传统螺旋度与自旋关联的认知。
2024-03-19 physics.optics
Theoretical basis of the diagonal scan method for determining the laser ablation threshold for femtosecond vortex pulses
在飞秒激光微加工中，烧蚀阈值是表征引起烧蚀所需的能量密度的关键工艺参数。用于测量消融阈值的当前技术（诸如直径回归和对角扫描方法）基于高斯空间轮廓的假设，然而，当前不存在用于使用非高斯光束形状测量消融阈值的技术。在这里，我们提出了一个形式主义的对角线扫描方法确定的烧蚀阈值和脉冲叠加的飞秒涡旋脉冲。据作者所知，这是针对具有非高斯空间轮廓的脉冲开发的第一个烧蚀阈值技术。使用这种方法，可以计算烧蚀阈值使用测量的一个单一的功能（最大损伤半径$ρ_{max}$），这使得烧蚀阈值和孵化效应的调查进行快速和容易。将这种方法扩展到非高斯光束将允许探索新的研究途径，从而能够表征飞秒涡旋脉冲消融时材料的消融阈值和孵化行为。
2018-02-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Energy deposition dynamics of femtosecond pulses in water
我们利用逆拉曼散射和溶剂化电子吸收进行定量表征的能量损失和电离动力学在水中紧密聚焦的近红外飞秒脉冲。实验数据和数值模拟之间的比较表明，水的电离能为8 eV，而不是通常使用的值6.5 eV。我们还介绍了一个方程的拉曼增益适用于超短脉冲，验证了我们的实验程序。
2014-11-04 physics.optics
Towards optical toroidal wavepacket through tightly focusing of cylindrical vector two dimensional spatiotemporal optical vortex
携带横向轨道角动量（OAM）的时空光学涡旋（STOVs）由于其新的自由度而受到光学领域的广泛关注。本文首次提出了在x-t和y-t平面上包含两个正交横截面OAM的柱矢量二维STOVs（2D-STOVs），并利用Richards-Wolf矢量衍射理论研究了这种光场的紧聚焦特性。产生了偏振结构类似于环面拓扑的高度受限时空波包，其时空强度分布类似于悠悠球的形状。高度聚焦的径向极化2D-STOV将产生朝向横向磁环形拓扑的波包，而聚焦的方位极化2D-STOV将产生朝向横向电环形拓扑的波包。该方法为在实验上可控地产生光学环形波包奠定了基础，在电子加速、光子学、能源、瞬态光-物质相互作用、光谱学、量子信息处理等方面具有潜在的应用价值。
2022-02-23 physics.optics
Spin-orbit coupling within tightly focused circularly polarized spatiotemporal vortex wavepacket
自旋-轨道耦合和相互作用作为光场的本征特性已被广泛研究。以往的研究涉及到圆偏振携带的自旋角动量（SAM）和与光束截面内的螺旋相位波前相关的轨道角动量（OAM），其中SAM和OAM都与传输方向平行。本文研究了在紧聚焦条件下，时空光学涡旋（STOV）波包携带的纵向SAM和横向OAM之间的一种新型自旋轨道耦合。当圆偏振STOV波包被高数值孔径物镜聚焦时，会形成复杂的时空相位奇异结构。对于横向偏振分量，由于纵向SAM和横向OAM之间的耦合，相位奇点取向可以显著地远离横向方向朝向光轴倾斜。揭示了旋转量与波包时间宽度之间的关系。更有趣的是，时空相位奇异性结构的连续演化，从纵向到横向方向通过波包观察到的纵向偏振分量。这些奇异的自旋-轨道耦合现象在应用于光物质相互作用时，有望产生新的效应和功能。
2021-03-17 physics.optics
Terahertz vortex wave generation in air plasma by two-color femtosecond laser pulses
研究了基波和二次谐波激光脉冲在空气等离子体中产生相位奇异的宽带太赫兹脉冲。我们发现，当第二谐波光束携带涡旋电荷时，太赫兹光束也获得涡旋结构。这种太赫兹涡旋的一般特征是强度沿着方位角调制，这可以归因于两个泵浦谐波之间的空间变化的相对相位差。完全空间和时间分辨的数值模拟表明，泵的横向不稳定性进一步影响沿非线性传播的发射太赫兹场，这产生额外的奇异性，从而导致丰富的涡旋结构。预测的强度调制实验证明与热摄像机，在良好的协议与模拟结果。利用柱面镜对光束进行光学变换，揭示了实验中存在的相位奇异性。
2019-06-14 physics.optics physics.plasm-ph
Atmospheric aerosol clearing by femtosecond filaments
Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子研究与应用物理研究所）
本研究针对飞秒光丝清除雾区的机制不明问题，通过测量与模拟发现准直近红外飞秒脉冲产生的光丝主要靠光学破碎清除水滴，声波作用可忽略，仅紧聚焦非光丝脉冲的声波能显著位移气溶胶。
2022-03-01 physics.optics
Optical vortex coronagraph imaging of a laser-induced plasma filament
采用基于光学涡旋日冕仪（OVC）的高对比度成像技术，对飞秒激光脉冲产生的空气等离子体引起的空间相位分布进行了测量。的OVC方法的灵敏度显着超过线全息和直接成像方法的基础上的空气等离子体荧光。0.046波的估计相位灵敏度为OVC在生物成像、材料表征以及等离子体诊断等领域的应用提供了机会。
2021-08-03 physics.optics
Laser ablative fabrication of nanocrowns and nanojets on the Cu supported film surface using femtosecond laser pulses
详细研究了紧聚焦飞秒脉冲作用下不同厚度铜支撑薄膜表面诱导纳米射流和纳米冠的形成动力学。我们表明，单次发射的FS脉冲照射的120 nm厚的铜膜的结果在形成一个单一的纳米射流，分裂在增加的脉冲能量成两个，然后到多个周期性排列的纳米尖峰最终获得所谓的纳米冠的形式。发现纳米冠中的纳米尖峰的数量与脉冲能量和纳米冠半径呈线性关系。亚表面沸腾发生在金属膜-基底界面上的冠状纳米结构的形成过程中的关键作用，揭示了通过比较所获得的结果与形成动力学研究较薄的60 nm和20 nm厚的铜膜。此外，本文还讨论了所制备的纳米结构作为低成本基底用于有机染料光致发光信号增强的适用性。
2015-06-08 physics.optics
Orbital Angular Momentum in Noncollinear Second Harmonic Generation by off-axis vortex beams
实验研究了非共线二次谐波过程中光的轨道角动量行为。实验是通过使用I型BBO晶体在相位匹配条件下与飞秒泵浦场在830 nm。使用了两束在基频（FF）下携带分数轨道角动量的镜面离轴涡旋光束。我们分析了当FF中每个输入场的光涡旋偏离光束轴时SH信号的OAM行为。我们得到了SH场的不同空间位形，它们总是带有相同的零角动量。
2011-06-08 physics.optics
Integrated pulse scope for tunable generation and intrinsic characterization of structured femtosecond laser
许多技术已经被证明可以有效地产生轨道角动量携带辐射，但在飞秒制度中连续可调谐脉冲的腔内产生仍然具有挑战性。即使这样的创造被实现，所产生的脉冲，就像现实中的所有脉冲一样，是复杂和短暂的对象，只能通过多维空间来全面表征。产生脉冲同时量化脉冲的集成激光系统可以实现自适应脉冲剪裁。在这里，我们报告了一个飞秒脉冲范围，统一矢量涡旋锁模激光和矢量量化。利用腔内控制的Pancharatnam-Berry相位调制，实现了沿宽带高阶庞加莱球连续各态历经的双偏振态的产生。通过将二维偏振敏感的时间扫描干涉仪与激光器进行内在耦合，进一步可视化了脉冲的多维时空特征。该方法通过集成复杂的飞秒脉冲产生和结构定制，为超快光学的设计优化铺平了道路，促进了其在光学物理研究和激光制造中的应用。
2019-12-08 physics.optics
Ultrafast Spin-to-Orbit and Orbit-to-Local-Spin Conversions of Tightly Focused Hybridly Polarized Light Pulses
自旋轨道相互作用（SOI）为自旋光子学器件的发展提供了一个新的可行的路线图。然而，现有的策略来控制SOI通常集中在剪裁光场的空间维度，而忽略了固有的时间。本文首先基于时间辅助矢量衍射理论和快速傅立叶变换，给出了自旋-轨道和轨道-局域自旋转换的超快时间效应。这种相互转换取决于入射的混合矢量光脉冲是否携带涡旋相位或没有在一个单一的高数值孔径的几何形状。对于无涡旋相的情况，我们发现它使轨道角动量携带的横向分量场成为可能，并且所得到的嵌入在聚焦光场中的轨道角动量随时间的推移保持恒定的旋转，这表明发生了可控的自旋-轨道转换.相比之下，研究表明，混合偏振的矢量涡旋光脉冲可以在焦点处获得局部激发的圆偏振，并且这种诱导的局部圆偏振与超快变化的时间无关，而由此产生的自旋角动量密度分量则经历出现和消失之间的交替。随着时间的推移，从而产生可调的轨道到局部自旋转换。这些奇异的超快相互转换不仅为超快光子学领域注入了新的活力，而且刷新了我们对光子SOI范例的理解。
2021-12-10 physics.optics
Self-referencing 3D characterization of ultrafast optical-vortex beams using tilted interference TERMITES technique
飞秒光脉冲携带的光学角动量（OAM）具有螺旋相位波前和超快时间分布等特性，在非线性光学、强场物理和激光微加工等领域有着广泛的应用。虽然OAM携带的超快脉冲的产生及其与物质的相互作用已经在实验中被深入研究，但是在时空域中的超快OAM携带的光束的三维表征已经被证明是难以实现的。传统的测量方案依赖于参考脉冲光束的使用，该参考脉冲光束需要在其相阵面中被很好地表征并且与被测光束具有足够的重叠和相干性，这在很大程度上限制了这些方案的实际应用。在这里，我们展示了一个自参考设置的基础上倾斜的干涉仪，可用于测量完整的时空信息的OAM携带飞秒脉冲与不同的拓扑电荷。通过扫描一个干涉仪臂，可以使用倾斜的干涉信号获得脉冲空间轮廓上的光谱相位，并且可以同时检索光场在其相位奇点周围的一个特定位置处的时间包络，从而实现三维光束重建。这种自参考技术能够测量时空超快涡旋光束，在非线性光学和光与物质相互作用等领域有着广泛的应用前景。
2022-09-15 physics.optics
Measurement of structured tightly focused vector beams with classical interferometry
我们报告的第一次测量没有近似的全领域的紧聚焦矢量光束（NA高达$1.23$）跨区域的$\sim 9-49\,λ^2$。在聚焦之前，结构化激光具有线性或圆偏振状态。利用四步干涉法直接从12幅干涉图中提取出横向分量，而利用高斯定律从横向场中提取出纵向分量。不同的结构光束进行测量，以证明该方法适用于任何字段的几何形状。在圆偏振的情况下，我们使用涡旋光束来验证在轴向分量的自旋轨道耦合的外观。将测量值与产生平均值$\geq 0.8$的归一化互相关模拟进行比较，确认了良好的一致性。
2021-07-18 physics.optics
Femtosecond laser-shockwave induced densification in fused silica
飞秒激光束在非烧蚀区域的紧密聚焦可以产生足以达到千兆帕斯卡范围或更高的局部压力的冲击波。在单光束配置中，最高压力区的位置嵌套在激光聚焦区内，使得难以区分冲击波压力与光致等离子体弛豫效应的影响。为了规避这个困难，我们考虑两个空间分离的聚焦光束，分别作为准同时压力波发射器。两个冲击波相长干涉的区域形成了一个极端压力范围的区域，与直接激光照射下的区域物理分离。在这里，我们提出的证据之间的两个光束的焦点，这可以完全归因于由每个聚焦的激光束发射的压力波的叠加压力诱导致密化的熔融石英。具体来说，我们展示了如何使用拉曼特性，光束偏转技术，和选择性蚀刻技术的光束间隙和脉冲时间延迟影响的熔融石英的结构特性。该方法是通用的，并且可以在用于高压物理研究的各种透明衬底中实施，并且与经典方法（例如使用金刚石砧）不同，该方法提供了一种通过在样品体积上扫描两个光束来创建任意形状的激光诱导高压冲击区的手段
2022-02-28 physics.optics
Femtosecond Engineering of PolyMethylPentene(PMP) Nonlinearity via NA, Spin/orbital angular momentum (OAM), and In-Situ SC Diagnostics
Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；Chongqing University of Arts and Sciences（重庆文理学院）；University of Liverpool（利物浦大学）；John Moores University（约翰摩尔斯大学）；TPM3D Direct Manufacturing Co., Ltd.（TPM3D直接制造有限公司）
本研究明确OAM对PMP非线性特性的影响，揭示χ(3)张量分量的作用机制，实现OAM控制的亚微米手性结构制造，为光子器件确定性制造提供工程框架。
2026-08-11 physics.optics
MeV femtosecond electron pulses from direct-field acceleration in low density atomic gases
使用三维粒子模拟，我们表明，几兆电子可以产生紧密聚焦的几个周期的径向偏振激光脉冲在低密度的原子气体。特别是，它被观察到，对于几个TW激光功率需要达到相对论电子能量，纵向阿秒微聚束自然发生，导致飞秒结构与高对比度阿秒密度调制。三维粒子模拟表明，在相对论制度的领先脉冲，这些阿秒子结构的生存传播超过扩展的距离，这表明它可以被传递到一个遥远的目标，与适当设计的传输光束线的帮助。
2015-10-26 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.optics
Attosecond vortex pulse trains
本文利用偏振倾角叉形光栅驱动高次谐波产生，首次实现了具有螺旋波前的阿秒涡旋脉冲串，为阿秒分辨的轨道角动量光与物质相互作用研究开辟了新途径。
2024-02-23 physics.optics
Vector spherical quasi-Gaussian vortex beams
本文采用复源点法，通过矢量分析，导出了描述和有效计算紧球形聚焦高阶电磁涡旋光束辐射轮廓的模型方程。这种解被称为高阶准高斯涡旋光束，严格满足矢量亥姆霍兹方程和麦克斯韦方程。它的特点是一个非零的整数度和顺序（n，m），分别是一个任意腰w0，衍射收敛长度称为瑞利范围ZR，和方位角相位依赖性的形式，对应于一个涡旋光束的复指数。高阶解的一个吸引人的特点是对强聚焦（或强发散）涡旋波场的严格描述，而不需要高阶修正，也不需要数值密集的方法。给出了高阶qG涡旋光束的解析表达式和数值计算结果，重点讨论了基于矢量势的轴向和横向偏振方案的高阶qG涡旋光束的束腰特性。
2014-02-06 physics.optics
Femtosecond Filament Coupled with Structured Light for Free Space Optical Communication
穿过云层的激光丝产生的冲击波会将空气中的小水滴置换出来，形成一个准透明的通道，通过这个通道可以传输信息。我们提出了一个强大的方法，利用该通道的自由空间光通信使用的结构光束与飞秒灯丝耦合。基于其空间轮廓和非衍射特性的涡旋光束非常适合在灯丝周围传播。我们还开发了一个4位通信通道使用这些结构光束。我们介绍了一种方法称为分段空分复用。我们的系统表现出对噪声的弹性，并且不受灯丝的影响。该方法可以提高空闲光信道的可扩展性、鲁棒性和容量。
2022-03-07 physics.app-ph physics.optics
Spatio-temporal sampling of near-petahertz vortex fields
测量具有高空间分辨率的可见光的场一直是具有挑战性的，因为许多已建立的方法仅检测焦点平均信号。在这里，我们介绍了一种近场的光场采样方法，克服了这一限制，采用纳米针尖的增强近场的本地化。一个探测场扰动的尖端，这是由一个泵脉冲诱导的光电发射，产生一个依赖于场的电流调制，可以很容易地被捕获与我们的电子检测方案。该方法提供了可靠的表征近千兆赫领域。结果表明，该方法不仅可以分辨出带有轨道角动量的可见飞秒光脉冲的螺旋波阵面，而且可以分辨出焦平面内光场随时间的演化。此外，我们的方法是偏振敏感的，这使得它适用于矢量场重建。
2022-03-29 physics.optics
Vortex Light at the Nanoscale: Twists, Spins, and Surprises -- A Review
本综述统一了纳米尺度光学涡旋的物理，涵盖其超越近轴模型的复杂电磁结构，提出连贯理论框架并综合近期进展，以促进光与物质相互作用的新理解。
2025-08-14 physics.optics
Generation of Quantum Vortex Electrons with Intense Laser Pulses
本文提出利用飞秒强激光与高能电子散射，将光子自旋角动量高效转移为电子轨道角动量，从而把平面波电子扭转为量子涡旋态，为粒子与核物理提供新型相对论轻子源。
2024-08-09 physics.optics
Attosecond helical pulses
我们找到了一个解决方案的波动方程的傍轴近似描述的阿秒脉冲的相位和强度的时空螺旋结构最近产生的高度非线性光学过程驱动的可见光或红外飞秒涡旋脉冲。有一个简单的分析模型，这些螺旋脉冲将极大地促进其预测的应用，特别是它们与物质的相互作用后，其产生的研究。从我们的分析中还可以看出，螺旋脉冲固有的拓扑电荷分散允许击败没有电荷分散的脉冲涡旋的最小持续时间。
2019-08-21 physics.optics
Probing the chirality of a single microsphere trapped by a focused vortex beam through their orbital period
本研究发现紧聚焦涡旋光束捕获的微球轨道周期与手性指数相关，据此提出高精度探测单个粒子手性光学响应的方法，精度较现有方法提升至少一个数量级。
2024-09-05 physics.optics
Femtosecond reduction of atomic scattering factors triggered by intense x-ray pulse
本文通过实验与模拟发现，强度达10^19 W/cm²量级的飞秒X射线脉冲会使硅原子因快速电离而在飞秒尺度降低散射因子，从而抑制衍射，并为新型X射线非线性技术提供基础。
2023-08-07 physics.atom-ph physics.optics physics.plasm-ph
Ionization clamping in ultrafast optical breakdown of transparent solids
本文提出多物理场模型研究飞秒激光在透明电介质中的非线性传播，发现电离被钳制在上价带电子密度约十分之一，并纠正了此前约10 TPa可获压力的估计，指出其偏差达两个数量级。
2023-07-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Generation of Vortex N2+ Lasing
利用结构光因其多学科应用而令人着迷，例如，在遥控微型机器人、传感、通信和高分辨率成像方面。实验研究了具有轨道角动量的波前结构近红外飞秒脉冲泵浦涡旋N2+激光的产生。测得新产生的N ~（2+）激光的拓扑电荷是泵浦光的两倍。与平面波阵面泵浦光的情况相比，涡旋泵浦光通过降低轴上等离子体密度而具有更高的钳位强度，在高泵浦能量下，N2+激光的产生效率更高。我们的研究结果预示着一个激动人心的进军领土远程结构的N2+激光。
2023-02-26 physics.optics physics.plasm-ph
Orbital angular momentum control of third-harmonic generation and vortex dichroism in isotropic media
University of East Anglia（东英吉利大学）
研究通过聚焦拉盖尔高斯光束在各向同性介质中实现第三谐波生成，并揭示涡旋双折射的产生机制，展示了轨道角动量作为非线性光谱学新控制参数的作用。
2026-03-27 physics.optics
Magnetic field amplification to the gigagauss scale via dynamos driven by femtosecond lasers
达到千兆高斯的磁场为原子物理和等离子体物理开辟了新的视野。在这些磁场强度下，电子回旋能量$\hbarω_{c}$变得与原子结合能（里德堡）相当，并且回旋频率$ω_{c}$接近固态密度下的等离子体频率，这显着改变了目标的光学性质。在实验室中产生如此强的准静态磁场仍然是一个挑战。使用超级计算机模拟，我们演示了如何可以实现全光学照射的微通道目标的圆偏振相对论飞秒激光。激光脉冲沿通道壁驱动一个强电子涡旋，通过逆法拉第效应在通道中感应出兆高斯纵向磁场。然后，该种子场被放大到千兆高斯水平，并通过由通道壁的等离子体热膨胀驱动的发电机维持在皮秒时间尺度上。我们的计划设置了一个可能的平台，在实验室中使用现成的激光器产生长寿命的极端磁场。这一概念也可能与磁惯性聚变等应用有关。
2020-09-04 physics.optics physics.plasm-ph
Extreme-ultraviolet structured beams via high harmonic generation
利用光的拓扑性质的积极努力已经使许多新的应用成为可能。将结构光的应用转换为更高的空间和时间分辨率要求它们在短波长范围内受控生成，操纵和彻底表征。在这里，我们求助于高次谐波产生（HHG）在惰性气体中上转换近红外（IR）矢量，涡旋和矢量涡旋驱动光束，分别在其自旋角动量（SAM），轨道角动量（OAM），并同时在其SAM和OAM定制。我们表明，HHG能够控制产生极紫外（EUV）矢量光束，表现出各种空间相关的偏振分布，或EUV涡旋光束具有高度扭曲的相位。此外，我们展示了产生EUV矢量涡旋光束（VVB）轴承矢量和涡旋光束的组合特性。我们依靠EUV波前传感来明确地确认HHG光束的谐波阶数的拓扑电荷标度。有趣的是，我们的工作表明，HHG允许SAM和OAM的同步控制操纵。这些EUV结构光束带来了他们的应用在纳米空间和亚飞秒时间分辨率使用桌面谐波源的前景。
2022-07-21 physics.optics
Comparative study of the real-time optical trapping in the Rayleigh regime for continuous and pulsed lasers
实时模拟连续波和飞秒脉冲激光的光阱行为是一个具有挑战性的问题。这是特别如此，因为对于紧密聚焦的激光器，还必须包括光学克尔效应以及热非线性。在这里，我们显示了连续波和飞秒脉冲激光介导的光学捕获通过它们的散射和梯度力在瑞利政权的效果之间的显着差异。在我们新开发的模型中，它也将更容易预测在真实的光学捕获场景中陷阱的稳定性，以及提供有关溶剂，探针和光学参数（如激光类型，功率范围，波长等）选择的信息。
2020-02-01 physics.app-ph physics.optics
Energy limit for linear-to-nonlinear femtosecond laser pulse focusing in air
紧聚焦的高功率超短激光脉冲在光学介质中的传播通常受到介质光学非线性的显著影响，介质光学非线性可以显著地影响非线性焦点周围的激光脉冲参数，并且导致焦腰的不可避免的并且通常不期望的空间失真。本文介绍了飞秒钛宝石激光脉冲在不同空间聚焦下在空气中传输的实验研究和数值模拟结果。我们集中研究了脉冲发生偏转时，从线性到非线性的不同聚焦状态下的光谱-角变换和空间变换。对于第一次，我们发现的激光脉冲数值孔径范围，即，从NA=0.002至0.005（激光脉冲能量为1 mJ），其中激光脉冲的频率-角谱和脉冲空间形状的失真是最小的。通过数值模拟，得到了在较宽的聚焦条件范围内，激光脉冲在空气中发生线性聚焦和强非线性聚焦的阈值能量和峰值功率。这种能量极限被证明是减少与脉冲数值孔径增强。我们的研究结果确定了激光脉冲的数值孔径和能量足以获得最大的激光强度与良好的光束质量周围的焦点适合于各种激光微图案化和微加工技术。
2021-04-05 physics.ao-ph physics.optics
Controlled generation, manipulation and frequency conversion of broadband orbital angular momentum spectrum of asymmetric optical vortex beams
我们报告的产生和控制的可调谐，宽轨道角动量（OAM）光谱的涡旋光束。利用两个螺旋相位板将Yb光纤飞秒激光器输出的1064 nm高斯光束转换成l=1-6阶光学涡旋，转换效率> 95%。通过调节SPP相对于入射高斯光束轴的横向位移，我们已经将阶数为l的对称（强度分布）光学涡旋变换为阶数为l，l-1，l-2，.，0.虽然SPP的位置决定了OAM模式的权重，但是，随着SPP的移位，较高OAM模式的权重转移到较低OAM模式，最终产生高斯光束（l=0）。利用5毫米长的三硼酸铋晶体中的非对称涡旋的单程倍频，我们转移了泵浦OAM谱，l，l-1，l-2，.，0，进入高阶OAM模式的宽光谱，21，21 -1，21 -2，.，0在绿色波长，由于在非线性过程中的OAM守恒。我们还观察到，所有阶次的倍频涡旋的转换效率都随着泵涡旋不对称性的增加而增加。使用4.6 W的泵浦功率，我们已经产生了对称的涡旋在绿色波长的输出功率，1.2，0.76，0.47，0.4，0.32，和0.3 W和ls=2，4，6，8，10，和12，分别为。
2018-01-09 physics.optics
Laser Induced Gas Vortices
正确偏振和正确定时的飞秒激光脉冲已经被证明可以产生具有优选旋转方向的旋转状态。我们表明，由于角动量守恒，这些单向旋转分子的碰撞弛豫导致在气体中产生宏观涡流。出现的速度场收敛到一个自相似的泰勒涡，和重复的激光激发引起的气体的连续搅拌。
2012-02-13 physics.chem-ph physics.flu-dyn physics.optics
Ultrafast Generation and Control of an Electron Vortex Beam via Chiral Plasmonic Near Fields
涡旋携带的物质波，如手征电子束，在应用科学和基础科学中都有重要的意义。连续波电子涡旋束通常通过被动相位掩模在电子的波函数上压印横向相位调制来制备。在这里，我们表明，飞秒手征等离子体激元近场使电子涡旋束的超快时间尺度上的产生和动态控制。由此产生的电子波包的涡旋结构探测在实空间和倒易空间使用超快透射电子显微镜。这种方法提供了一个高度的可扩展性，以小的长度尺度和阿秒精度的电子涡度的高效操纵。除了直接影响在纳米超快过程中，其中手征起着重要作用的调查，我们进一步讨论了使用这种技术的前景，以形成带电的复合粒子，如质子的波函数，以及它如何可以用来探测它们的内部结构。
2018-12-19 physics.optics quant-ph
3D laser printing by ultra-short laser pulses for micro-optical applications: towards telecom wavelengths
提出了使用飞秒（fs-）激光振荡器在100微米足迹区域上三维（3D）快速（< 0.5小时）打印低至亚波长分辨率的微光学元件。利用低于1 nJ的脉冲能量，在SZ 2080抗蚀剂上制作了由具有方位角变化取向的聚合光栅段制成的光学涡旋发生器，聚合棒的宽度为~150 nm，周期为0.6-1微米。用Berek补偿器（在白光照明下）手动进行详细的相位延迟分析，并使用等效原理通过在546 nm处的自动化Abrio实现。由于光栅的周期与可见光的波长相当（或更大），因此需要对延迟进行直接的实验测量。通过金溅射，透射型光学涡旋发生器变成具有增强延迟的反射型光学涡旋发生器，n. h由形式双折射n和高度h = 2d定义，其中d是聚合结构的厚度。用Berek补偿器在可见光波长下测量，延迟达到315 nm。基于所提出的方法，可以实现高纯涡旋发生器所需的180度（或半波长）的双折射相位延迟。具有方位定向光栅的亚波长图案的电信波长的光学涡旋发生器可通过直接激光聚合来处理。
2017-07-28 physics.optics
Vector Vortex Beam Emitter Embedded in a Photonic Chip
矢量涡旋光束同时携带光的自旋和轨道角动量，为现代光学提供了额外的自由度，并为经典和量子信息技术提供了新的资源。固有的无限维度可以被利用来增强数据容量，以维持大数据和互联网流量的前所未有的增长，并且可以被编码以在高维希尔伯特空间中构建量子计算机器。目前，矢量涡旋光束从芯片表面发射到自由空间的研究已经取得了很大的进展，但在光子晶体芯片内部产生矢量涡旋光束的研究还没有实现。在这里，我们展示了第一个矢量涡旋光束发射器嵌入在光子芯片使用飞秒激光直写。我们实现了矢量涡旋光束与高斯光束的转换，转换效率高达30%，标量涡旋光束的转换效率高达74%。我们还提出了一个扩展的耦合模模型来理解模式转换和制造过程中的缺陷的影响。嵌入式产生的方式使得矢量涡旋光束可以直接用于进一步的传输、操纵和发射，而无需任何额外的互连。再加上作为阵列集成的能力，我们的研究结果可能使矢量涡旋光束能够在光子芯片内进行高容量通信和高维量子信息处理。
2020-01-27 physics.optics quant-ph
Efficiently parallelized modeling of tightly focused, large bandwidth laser pulses
利用电磁场的Stratton-Chu积分表示，研究了大带宽激光脉冲经高数值孔径反射镜聚焦后的时空特性。我们回顾了从Stratton-Chu表示导出衍射积分的形式方面，并讨论了在物理光学近似的推导中使用Hadamard有限部分。通过对公式的分析，我们发现，对于抛物柱面镜的特殊情况，描述焦斑附近反射场的被积函数不具有衍射积分的强振荡特性。因此，积分可以用简单有效的求积方法来计算，而不是用专门的、更昂贵的方法。我们报告一个有效的并行算法，评估的斯特拉顿-朱衍射积分的任意时间和空间依赖的入射场的发展。该方法的优点在于，其输入是来自激光链的未聚焦场，这在实验上已知具有高精度。我们使用我们的方法表明，飞秒时间的线偏振高斯光束的反射高数值孔径抛物柱面镜诱导的主导场分量的椭圆度，并产生强的纵向分量。我们还估计，未来的高功率激光设施可能达到$10^{24}\,\text{W/cm}^2$的强度。
2017-02-01 physics.comp-ph physics.optics
Transient Gas-Dynamics Filamentation of High-PowerFemtosecond Laser Pulse in Compressed Argon
V. E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院 V.E. 祖耶夫大气光学研究所）
研究高强度飞秒激光脉冲在压缩氩气中暂态气体动力学丝状结构的光谱特性及空间结构，揭示了压力冲击降条件下强喷流和涡旋气体湍流的形成及其对光脉冲谱宽的影响，提出了通过丝状结构控制超连续辐射光谱的有效方法。
2026-05-16 physics.optics
Photon acceleration of high-intensity vector vortex beams into the extreme ultraviolet
本文通过电子束驱动等离子体波中的光子加速，将光学矢量涡旋脉冲转换为高强度、波长可调的极紫外矢量涡旋脉冲，模拟显示强度提升至10^20 W/cm^2以上，具有亚飞秒持续时间和平坦波前，扩展了XUV光源的应用。
2024-11-06 physics.optics physics.plasm-ph
Four-channel prototype using coherent combining of ultrashort laser pulses for dipole configuration approximation
Federal Research Center A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院应用物理研究所A.V. 加波诺夫-格列霍夫联邦研究中心）；The Institute for Physics of Microstructures of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院微结构物理研究所）
提出一种四通道原型系统，通过几何合成和相干叠加将紧聚焦飞秒激光辐射形成驻波场，实现光束指向和相对相位稳定，并用光纤亚波长探针测量主焦点场分布，支持XCELS项目。
2026-07-03 physics.optics
A revision of the forces exerted in the Rayleigh regime by a tighlty focused optical vortex tweezer
本研究针对傍轴紧聚焦光镊理论忽略纵向电磁场的问题，在瑞利区修正了圆偏振光学涡旋光镊的辐射压力计算，揭示了纵向场对力分量大小及SAM-OAM耦合项的影响。
2023-11-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Tailoring bistability in optical tweezers with vortex beams and spherical aberration
本文通过紧聚焦涡旋激光束实现双稳态光阱，结合Debye非傍轴描述与Mie散射建立理论模型，并利用球差精细调控轴向、双稳态和轨道态，为随机热力学应用提供了新的实时可控光力场参数。
2023-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.optics
Structured air lasing of N2+
本文首次利用800 nm飞秒涡旋或矢量泵浦光在N2+中实现结构化空气激光，揭示了增益介质传递空间螺旋相位与偏振态的机制，为产生结构化光提供了新途径。
2023-01-16 physics.atom-ph physics.optics physics.plasm-ph
Laser-induced electron emission from Au nanowires: A probe for orthogonal polarizations
光电子场发射是由飞秒激光脉冲聚焦在金属纳米尖端上引起的，它提供了空间相干和时间短的电子脉冲。光电子产额的性质提供洞察到纳米结构的材料性质和激发激光焦点。超长纳米带，作为一个单晶体连接到一个金属锥生长，是电子场发射的来源，尚未得到表征。在这份报告中，研究了金纳米粒子样品的光发射，并与钨和金尖端的发射进行了比较。我们观察到，从尖锐的尖端的发射一般取决于一个横向分量的激发激光场，而一个钝nanoriginal的发射被发现是敏感的两个组件。我们建议，这个属性使得纳米带的光电发射的候选人的位置敏感检测的纵向场分量在一个紧密聚焦的光束。
2021-05-14 physics.app-ph physics.optics
Three-dimensional chiral microstructures fabricated by structured optical vortices in isotropic material
光学涡旋作为一种具有螺旋相位波前和环形强度分布的结构光束，已被用于在金属中制作手征结构和在各向异性偏振相关偶氮苯聚合物中制作螺旋图案。然而，在各向同性聚合物中，由于光学涡旋的二维甜甜圈强度分布，所制造的微结构通常被限制为非手性圆柱形几何形状。在这里，我们开发了一个强大的战略，实现手性微结构在各向同性材料的涡旋光束和平面波的同轴干涉，产生三维（3D）螺旋光场。这种同轴干涉光束是通过设计由方位位相和等位相组成的全息图加载在液晶空间光调制器上而产生的。然后，在同轴飞秒激光干涉下，在各向同性聚合物中实现了三维手性微结构，其手性由拓扑电荷控制。进一步的研究表明，螺旋波瓣和手征分别是由干涉图样和螺旋相位波前引起的。该技术简单、稳定、易操作，在光镊、光通信、超材料快速制备等方面具有广泛的应用前景。
2016-08-03 physics.optics
Structuring Polarization States of Light in Space and Time
本研究提出一类新型光时空偏振态，构建广义时空高阶庞加莱球阐明其叠加机制，经飞秒脉冲实验验证偏振演化规律，并拓展生成时空斯格明子纹理，为多维结构偏振场调控及相关光学应用提供通用框架。
2025-09-06 physics.optics
Sculpting ultrafast mid-infrared light for solid-state high harmonic generation
Eastern Institute of Technology（东方理工学院）；ELI-ALPS, ELI-Hu Non-Profit Ltd.（极强光激光科学研究所有限公司）；Laboratoire Photonique Numérique et Nanosciences (LP2N), UMR 5298, CNRS-IOGS-Université Bordeaux（波尔多大学光子学与纳米科学实验室）；Theoretisch-Physikalisches Institut, Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿大学理论物理研究所）；Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.（光学研究中心）；School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学光电信息与计算机工程学院）；Zhejiang Key Laboratory of 3D Micro/Nano Fabrication and Characterization, Department of Electronic and Information Engineering, School of Engineering, Westlake University（西湖大学工学院电子与信息工程系三维微纳加工与表征浙江省重点实验室）；Helmholtz-Institut Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（达姆施塔特重离子研究中心）
本研究通过生成中红外贝塞尔-高斯涡旋和完美光学涡旋，实现了固态中高阶谐波生成的超快结构光合成，验证了OAM守恒及拓扑特性继承。
2026-01-03 physics.optics
Efficient post-processing of electromagnetic plane wave simulations to model arbitrary structured beams incident on axisymmetric structures
研究光束与材料结构的相互作用是纳米光子学的基础。计算电磁解算器有利于快速计算的散射从任意几何形状和复杂性的材料结构，但有有限的效率时，采用结构化的激励场。我们已经开发了一种后处理方法和软件包，可以有效地计算完整的三维电场和磁场的任何光束入射到粒子或结构上，至少有一个连续的旋转对称轴，称为轴对称体（如球体，圆柱体，圆锥体，环面或表面）。提供了一个初始批次的平面波模拟计算，这个开源包结合了计算电磁解算器的数据在后处理方式使用角谱表示创建任意结构的光束，包括矢量涡旋光束。任何和所有可能的入射光束都可以从最初的一批平面波模拟中产生，而不需要进一步的模拟。这允许有效地执行参数扫描，例如改变照明角度或相对于光束平移粒子位置，所有这些都在后处理中，而不需要额外的耗时模拟。我们展示了一些应用程序，通过数值计算的光学力和力矩地图的球形等离子纳米粒子在紧聚焦高斯光束，等离子纳米锥在方位角偏振光束和计算场的非傍轴拉盖尔-高斯涡旋光束反射多层表面。我们相信，这个软件包，称为BEAMS，是一个有价值的工具，快速量化电磁系统，超越了传统的分析方法。
2023-02-08 physics.comp-ph physics.optics
Generation of high power spatially-structured laser pulses via forward Raman amplification in plasma
本研究提出基于等离子体前向拉曼放大（FRA）的通用方案，通过理论建模与粒子模拟证明可将近红外结构种子激光放大1e4~1e5倍并自压缩至拍瓦级亚周期脉冲，为高场物理提供紧凑、高功率结构光产生途径。
2025-06-27 physics.optics physics.plasm-ph
