Spatiotemporal diffraction-free pulsed beams in free-space of the Airy and Bessel type
我们研究了具有一个横向维度的时空光波的动力学，该横向维度是作为色散锥与平面的交叉点获得的。我们表明，通过适当的光谱激发，三种不同类型的圆锥截面（椭圆，抛物线和双曲线）可以导致光波的贝塞尔，艾里，和修改贝塞尔类型，分别。我们找到封闭形式的解决方案，准确地描述了波动力学和揭示其基本属性。
2017-11-10 physics.optics
Paraxial and nonparaxial polynomial beams and the analytic approach to propagation
我们构造的解决方案的傍轴和亥姆霍兹方程是多项式在其空间变量。这些都是明确地使用角谱法和生成函数。傍轴多项式分别在笛卡尔坐标系和圆柱坐标系中具有齐次埃尔米特多项式和拉盖尔多项式的形式，类似于扩散方程的热多项式。通过用反向贝塞尔多项式替换传播变量$z$中的单项式，找到非傍轴多项式。这些明确的解析形式给出了洞察的数学结构的傍轴和非傍轴传播光束，特别是在有关的非傍轴类似物熟悉的傍轴光束的发散。
2011-08-30 physics.optics
Generation of nonparaxial self-accelerating beams using pendant droplets
我们提出并证明了有效的产生和控制的非傍轴自加速光束通过使用UV树脂悬垂液滴。我们表明，由于表面张力和重力之间的相互作用形成的悬挂液滴的几何形状提供了一个自然的曲率，使非傍轴自加速光束的产生。通过简单地调整液滴所在的表面的倾斜角，通过的光束被设置为沿着不同的弯曲轨迹传播，弯曲成具有优于传统艾里光束的非衍射特征的大角度。这种自加速光束通过酵母细胞悬浮液中的散射光直接进行实验跟踪，以及广泛的光线跟踪和数值模拟。此外，通过实时修改未固化的悬垂树脂液滴的形状，我们展示了自加速光束的动态轨迹控制。我们的方案和实验方法可用于微流体射流和表面声波等其他波的基于液滴的成形。
2022-11-22 physics.optics
Radially and azimuthally polarized non paraxial Bessel beams made simple
提出了一种严格而简单的实现径向和方位向偏振非傍轴贝塞尔光束的方法。这个结果是通过使用赫兹矢量势的概念，从标量贝塞尔光束产生麦克斯韦方程组的精确矢量解来实现的。赫兹势的标量部分是通过类比与傍轴的情况下，作为一个线性组合的贝塞尔光束携带一个单位的轨道角动量。用这种方法，我们能够获得类似于标准圆柱偏振傍轴光束所表现出的空间和偏振模式。这些光束的应用进行了讨论。
2013-07-06 physics.optics
Large-Angle Bending Transport of Microparticles by Acoustic Half-Bessel Beams
传统的通过光或声音的微粒传输是沿着直线实现的。近年来，随着自加速艾里光束的出现，这一限制在光学领域得到了突破，自加速艾里光束具有许多独特的性质，弯曲传播、无衍射和自修复。然而，艾里光束的弯曲角是相当小的，因为它们只是二维（2D）亥姆霍兹方程的傍轴解。在这里，我们提出了一种新的微操作，通过使用声学半贝塞尔光束，这是严格的二维亥姆霍兹方程的解决方案。与艾里束相比，粒子轨迹的弯曲角要陡得多（超过90 °）。微粒的大角度弯曲传输对复杂的散射环境具有鲁棒性，使得从胶体到生物科学的广泛应用成为可能。
2014-11-18 physics.optics
Nonparaxial Mathieu and Weber accelerating beams
我们从理论和实验上证明了非傍轴马蒂厄和韦伯加速光束，概括了以前发现的加速光束的概念。我们表明，这样的光束弯曲成大角度沿圆形，椭圆形或抛物线轨迹，但仍然保留无衍射和自我修复能力。圆形非傍轴加速光束可以看作是Mathieu加速光束的一个特例，而Airy光束只是Weber光束在傍轴极限下的一个特例。广义非傍轴加速光束不仅为光束工程的应用开辟了许多可能性，而且其基本概念也可应用于自然界中的其他线性波系统，从电磁波、弹性波到物质波。
2012-10-23 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
A circular Airy vortex beam carrying two point vortices symmetrically on the x-axis with the same and opposite signs
研究了具有两个相同或相对点涡旋的圆形艾里涡旋光束（CAVB）在主环的内侧、外侧和内侧（拓扑荷的绝对值为1）对称加载。发现加载位置（表示为dv）可以显著地调谐自动聚焦行为。对于符号相同的两个涡旋，当dv接近零时，双涡旋在焦平面处近似合并。但是随着dv的增加，合并的涡流将沿着y轴逐渐分离。当dv较大时，焦斑变成贝塞尔形图案。对于相反的涡旋，当dv很小时，聚焦图案是贝塞尔形的（中心不存在涡旋），但不是严格地在中心。随着dv的增加，原始光斑沿y轴逐渐上移，并将能量传递给x轴下方的新生光斑，同时新生光斑向中心移动。当dv较大时，焦点返回到类似贝塞尔的图案。模拟和实验之间取得了良好的协议。两个涡旋的dv对焦斑的剪裁效应在微操作、通讯等领域具有潜在的应用价值。
2021-07-17 physics.optics
Full characterisation of Airy beams under physical principles
在类似于无衍射贝塞尔光束的行波方法下，研究并全面描述了艾里光束的传输特性。当注意到艾里函数实际上是分数阶1的贝塞尔函数时，这是可能的。我们展示了物理3原理如何施加限制，使得无衍射艾里光束不能无限的程度，因为已经论证，并介绍了第一次定量表达式的最大横向和纵向的艾里光束。我们证明了在适当的物理条件下，获得高阶艾里光束是可能的。
2014-01-21 physics.optics quant-ph
Bessel beams, propagationally invariant beams, and axicons: An historical and tutorial review
本文综述贝塞尔光束的历史发展，阐述其与阿拉戈光斑、轴锥镜等的关系，并涵盖高阶、偏振、波导、脉冲、艾里光束、扩展焦深及光片和光子纳米射流等主题。
2025-09-08 physics.optics
Airy beams and accelerating waves: An overview of recent advances
在过去的十几年里，加速波的领域取得了相当大的进展，不仅在基本原理和实验演示方面，而且在广泛的应用方面。从2007年提出并观测到的原型艾里束开始，在空间和/或时间的傍轴和非傍轴域中已经确定了新的加速波家族，并开发了不同的方法来随意控制它们的轨迹，振幅和束宽。加速光波表现出许多非常理想的属性。它们沿着弯曲或加速的轨道移动，同时对扰动具有弹性（自我修复），并且没有衍射。正是由于这些特定的特征，加速波已经被用于在定向、束聚焦、粒子操纵、生物医学成像、等离子体激元和材料处理等领域中的各种应用中。
2021-11-11 nlin.PS physics.optics
Passive Cross-Basis Mode Transitions Along a Single Freely Propagating Bessel Beam
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
该研究展示了如何通过单个自由传播的贝塞尔光束中的径向位置与轴向重建距离的一一映射，将静态相位-only空间光调制器的径向孔径转换为可编程的纵向模式寄存器，从而实现离散的横模编码。
2026-05-16 physics.optics
Generation of Talbot-like fields
我们提出了一个衍射积分的基础上特定的本征函数的拉普拉斯在二维空间。我们展示了如何传播一些领域，特别是贝塞尔场，艾里光束的叠加，都超过径向坐标的平方根，并展示了如何构建一个领域，在传播中周期性地复制自己，即，一种能产生塔尔博特效应的磁场此外，它表明，艾里光束的叠加产生自聚焦。
2021-03-31 physics.optics
Generalized revival and splitting of an arbitrary optical field in GRIN media
在非傍轴传播算子的假设下，研究了具有任意初始条件的电磁场在二次梯度折射率介质中的传播。我们证明了在特定的周期距离上，传播场是由初始场和反射场的叠加的分数阶傅里叶变换给出的，并证明了在特定的波长下，初始场存在分裂和恢复。我们应用这一结果，第一个初始领域的贝塞尔函数，并表明它分裂成两个广义贝塞尔函数，第二，艾里函数。在这两种情况下，我们的结果进行了比较与精确的数值。
2016-03-10 physics.optics
Self-Fourier transform and self-Fourier beams due to parabolic potential
研究了厄米-高斯光束、贝塞尔-高斯光束和有限能量艾里光束在抛物型线性介质中的传输。预期的是，光束在传播过程中经历振荡，但非常意外的是，它们也执行自动傅里叶变换，即从光束到其傅里叶变换和返回的周期性变化。宇称非对称光束的振荡周期是宇称对称光束的两倍。除了振荡，有限能量艾里光束在传输过程中表现出周期性反转。基于抛物势中的传输，我们引入了一类光学上有趣的光束，它们是自傅里叶光束，即其傅里叶变换是光束本身的光束。
2015-10-20 physics.optics
Spin and orbital angular momenta of acoustic beams
本文分析了均匀介质中单色声波场的自旋角动量和轨道角动量。尽管是纯纵向（无卷曲），非均匀声波一般具有非零自旋角动量密度所造成的局部旋转的矢量速度场。我们发现，局域声波的自旋积分消失与纵向声子的自旋为0的性质。我们还表明，螺旋度或手征密度消失相同的声场。作为一个例子，我们考虑非傍轴声学贝塞尔光束进行定义良好的整数轨道角动量，以及非零的本地自旋密度，与横向和纵向分量。我们描述了声贝塞尔光束中的非平凡偏振结构，并指出了一些可观察到的现象，如非零能量密度和一阶涡旋光束中心的纯圆横向偏振。
2019-05-03 physics.class-ph physics.optics
Shaping caustics into propagation-invariant light
结构光已经彻底改变了光学粒子操纵和纳米级材料加工。特别是，传播不变的结构光场，如贝塞尔光束，使应用程序，需要强大的强度分布。它们的自我修复性质有助于成像，例如在光片显微镜中具有增强的分辨率。传播不变场如艾里、贝塞尔和马蒂厄光束的突出的高强度特征可以用焦散线来理解。虽然这些光束在材料处理和捕获中有许多应用，但这些技术将大大受益于结构化的、可控制的强度，这些强度的形状远远超出了标准的传播不变光束族。在这里，我们通过两种不同的方法来裁剪它们的焦散线，从而推广了传播不变光束。我们通过实验实现各种定制的传播不变光束来说明这些方法，其图案范围从简单的几何形状到复杂的配置，如单词。这种方法澄清了已知的解决方案是一个更一般的一组传播不变的字段与强度最大值集中在任何所需的曲线的一个小的子集。
2019-11-18 physics.optics
Paraxial wave propagation: Operator techniques
本研究利用薛定谔方程与近轴波方程的结构相似性，将算子技术应用于以 $f(x + ay)$ 为特征的电磁场，并以 Airy 和 Bessel 函数作为初始条件演示了其实际应用。
2024-07-28 physics.optics
Backward energy flow in simple 4-wave electromagnetic fields
电磁能量回流是发生在坡印廷矢量方向与波场传播方向相反的区域中的现象。这是特别显着的nonparaxial制度，并已表现出在聚焦区域的尖锐的光束，矢量贝塞尔光束，矢量值的时空局域波。对这种现象进行了详细的研究，并在自由空间中四个平面波叠加的情况下详细检查了其出现的条件，这是观察负能量流的最简单的电磁布置，以及其全面和透明的物理解释。它表明，极化状态的电磁平面波四重奏的组成部分决定是否发生能量回流或不和什么值的能量流速假定。根据偏振角的不同，后者可以在场的某些时空区域中假设从c（真空中的光速）到-c的任何值。
2021-03-02 physics.optics
Asymmetric Cauchy-Riemann Beams
本文理论与实验研究了非对称高斯调制与整函数结合的傍轴光束在自由空间的传播，利用量子光学算符方法考察了参数对贝塞尔和艾里函数的影响，并提供了计算传播场的方法。
2024-08-21 physics.optics
Non-invariance of the speed of light in free-space
平面单色波在真空中以速度c传播。然而，在空间和时间上有限的波包被用于传输能量和信息。在这里，它已被证明基于波的方法，轴上的部分的脉冲光束在自由空间中传播以可变的速度，表现出在靠近源的区域中的亚光速和超光速的行为，和他们的速度接近的值c与距离。虽然脉冲可以在比真空中的光速更快的小距离上行进，但是通过脉冲在距离z>> ld（ld是瑞利衍射范围）和z> ct（t是脉冲宽度）处的到达时间估计的平均轴上速度小于c。总脉冲束以恒定的亚光速传播通过整个距离。研究了真空非傍轴传输中辐射空间分布和脉冲时间形状的相互影响。研究发现，入射光束宽度的减小和脉冲中心波长的增大导致波包的传播速度变小。结果表明，贝塞尔-高斯和拉盖尔-高斯脉冲光束的速度随着轨道角动量的增加而减小。所得结果与自由空间中的亚光速和超光速测量结果符合得很好。
2019-02-22 physics.optics
Light-sheet microscopy with attenuation-compensated propagation-invariant beams
散射和吸收限制了光场穿透到组织中，但是通常用于补偿这些效应的波前校正与宽视场成像不兼容并且实现起来复杂。我们展示了一种新的方法，增加穿透光片成像，即衰减补偿的光场。这定制了沿着照明传播不变场的指数强度增加，使得能够在样本内策略性地重新分布强度。这种强大而简单的概念，结合自愈合的传播不变的字段，提高了信号与背景比的艾里光片显微镜高达五倍，对比度噪声比高达八倍，在整个视场厚生物标本没有任何像差校正。这种改进不仅限于艾里光束光片显微镜，而且还可以显着提高贝塞尔和晶格光片显微镜技术的成像能力，为生物医学界的广泛采用铺平了道路。
2017-08-17 physics.bio-ph physics.optics
Nondiffracting Accelerating Waves: Weber waves and parabolic momentum
衍射是物理学的普遍现象之一，如何克服它一直是物理学家的挑战。为了控制绕射，结构波的研究已成为决定性的。在这里，我们提出了一类特殊的无衍射空间加速解的麦克斯韦方程组：韦伯波。这些非傍轴波沿着抛物线轨迹传播，同时近似保持其形状。它们以解析的封闭形式表示，并且在向前和向后传播中自然分离。我们表明，韦伯波是自我修复，可以形成周期性呼吸波，并有一个定义良好的守恒量：抛物线动量。我们发现，我们的韦伯波中到大值的抛物动量可以描述的调制艾里函数。由于韦伯波是波动方程的精确时谐解，它们对自然界中的许多线性波系统都有影响，从声波、电磁波和弹性波到流体和膜中的表面波。
2013-02-24 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Angular acceleration with twisted light
人们对剪裁在传播过程中横向加速的波包非常感兴趣。第一个实现是在光学领域，艾里光束。在傍轴近似下，这种光束被证明是横向加速的，同时遵循抛物焦散线，即使质心本身沿着直线路径行进。后来，韦伯和马蒂厄光束形式的非傍轴光场被证明，以及电子的非光学波包。这些领域已经发现了从粒子操纵、时空束控制、等离子体控制到非线性光学的大量应用。在这里，我们证明，第一次，光的角加速度，实现了非正则叠加的贝塞尔光束携带轨道角动量。我们表明，通过调整一个单一的参数的加速度和减速度可以不断调整。我们观察到一个意想不到的能量转移机制之间的空间区域的领域，我们研究实验和理论。我们的发现提供了一种新的光学领域，将使物质波和光流的研究。
2014-05-26 physics.optics
Hydrodynamic Insight Drives Multimodal Light_Field Dynamics via Streamline Engineering
该研究将光场视为能量流体并通过工程化 Poynting 矢量流线定制传播动力学，实验验证其可用于精密三维光操控与稳健自由空间通信。
2025-07-27 physics.optics
