Light trapping within the grooves of 1D diffraction gratings under monochromatic and sunlight illumination
本文用瑞利-模态法计算了理想导电矩形一维衍射光栅槽内的电磁场。引入\emph{enhancement coefficient}（$η$）以便量化这样的能量集中。因此，$η>$ 1意味着在凹槽内存在的电磁能量的量大于在相同体积上如果衍射光栅被完全反射镜代替时将具有的电磁能量的量。本文的结果表明，在某些波长范围内，$η$可以大到几十年。然而，在太阳光照射下，它减少到约20%。在后一种情况下，当槽$dn$之间的\textit{optical spacing}大于500 nm时，获得这样的值，其中$d$是槽间距，而$n$是槽内物质的折射率。对于小于500 nm的$dn$，增强系数变得可忽略不计地小。
2011-04-01 physics.ins-det physics.optics
Relativistic transformations of quasi-monochromatic optical beams
本文研究准单色光学光束在运动探测器下的相对论变换，发现其转化为传播不变的脉冲光束（时空波包），并证明该效应在陆地速度下可观测。
2022-08-08 physics.class-ph physics.optics
Time-diffracting beams: On their nature, diffraction-free propagation as needles of light, and nonlinear generation
本文研究了新近引入的时间衍射光束在自由空间中的特性。它们被证明是傍轴和准单色实现的本地化波，时空本地化波以任意速度无失真地行进。近轴和准单色制度是必要的，以观察什么可以适当地命名为衍射的时间。以准光速行进的有限能量的TD光束被认为形成比所谓的突然聚焦和散焦的光针或无限速度的限制TD光束长得多的焦点或光针。研究了洛伦兹变换和近轴光学系统变换下TD光束的性质，发现在强定域的基波泵浦作用下，物质介质的非线性偏振相对论运动产生了二次谐波TD光束，其在自由空间中的无衍射行为可以用标准的$4f$成像系统进行优化。
2018-02-28 physics.optics
Time-reversing a monochromatic subwavelength optical focus by optical phase conjugation of multiply-scattered light
由于其时间反转性质，光学相位共轭产生单色光波，该波折回其传播路径。在这里，我们展示了再生的亚波长光学焦点的相位共轭。来自亚波长光源的单色光被随机纳米颗粒散射，并且通过使用空间光调制器将其波前耦合到单模光学反射器中，散射光在远场区域处相位共轭。然后，共轭光束折回其传播路径，并在源上形成亚波长尺度的重聚焦。这是第一次直接实验实现的亚波长聚焦超过衍射极限与远场时间反转在光域。
2016-06-28 physics.optics
Mathieu-Gauss diffraction of a multi segment-shaped laser beam
研究了多段成形激光束衍射时的场结构。研究了多圆弧形激光束的衍射问题。
2019-10-28 physics.optics
Bi-chromatic paraxial beam as a model of spatio-temporal light fields
本研究提出仅含两个单色近轴分量的双色近轴光束简化模型，可用于分析非单色时空光场的特性，证实光场能量中心与概率中心高度重合，并通过数值算例展示了该类光场的演化与形变特征。
2024-04-11 physics.optics
Characterization of vector diffraction-free beams
研究表明，一个由$\mathbf I$表示的恒定单位矢量是表征矢量无衍射光束的完备正交规范集所必需的。以前发现的无衍射光束被证明是包括作为特殊情况。本文还讨论了无衍射光束纵向分量的$\mathbf I$依赖性。
2011-04-30 physics.optics
Field theory of monochromatic optical beams. II Classical and quantum paraxial fields
这项工作是第二部分的调查，旨在研究光学波动方程从场论的观点。在这里，我们研究满足傍轴波动方程的标量场的经典和量子方面。首先，我们确定的能量守恒律，线性和角动量的傍轴场在经典的背景下。然后，我们继续进行场的量子化。最后，我们将所得结果与传统结果进行了比较。
2014-12-07 physics.optics quant-ph
Extension of Friedel's law to Vortex Beam Diffraction
傅里叶变换的模是中心对称的，而相位是反对称的。因此，平面波光子或电子在一阶玻恩近似下的弹性散射以及任何孔径上的夫琅禾费衍射必然导致中心对称的衍射图样。然而，弗里德尔定律并不适用于涡旋光束，并且中心对称性一般不存在于它们的衍射图样中。在这项工作中，我们扩展弗里德尔定律的涡旋光束的衍射图案具有相反的拓扑电荷，散射在同一个二维潜力，总是彼此中心对称的，无论对称的散射对象。我们通过数值模拟和实验数据验证了我们的说法。我们的研究为涡旋光束衍射提供了更深层次的理解，并可用于设计新的实验，测量涡旋光束的衍射光栅的拓扑电荷，或研究一般的涡旋光束衍射。
2016-09-06 physics.optics
Diffraction-free beams in fractional Schrödinger equation
研究了一维和二维高斯光束在分数阶薛定谔方程（FSE）中的传输特性。在没有啁啾的情况下，一维高斯光束在传输过程中分裂成两个无衍射高斯光束，而二维高斯光束则经历锥形衍射。当高斯光束带有线性啁啾时，一维光束沿着与啁啾无关的轨迹$z=\pm2(x-x_0)$偏转。在2D高斯光束的情况下，传播也被偏转，但是轨迹沿着衍射锥$z=2\sqrt{x^2+y^2}$对准，并且方向由啁啾确定。一维和二维高斯光束都是无衍射的，并且显示均匀传播。在这个模型中发现的无衍射特性也适用于其他光束。基于无衍射光束的无衍射和分束特性，我们引入了无衍射光束的Talbot效应。
2016-02-17 physics.optics
Diffraction-free nonevanescent nano-beams using the Fresnel-waveguide concept
强强度衰减限制了传统无衍射光学元件的使用。我们展示了一种可能的解决方案，通过使用具有适当选择的折射率的材料来限制使用菲涅耳型无衍射纳米级光学器件的指数强度衰减。这样的梁可以应用于技术和物理问题。
2013-01-16 physics.optics
Gaussian beams diffracting in time
我们展示了如何将任何单色近轴光束的数学表达式转换为脉冲光束的衍射从轴向切换到其时间结构的表达式。我们用时间衍射高斯光束来描述这种变换。讨论了所得到的无衍射波具有物理意义的条件。
2017-12-13 physics.optics
Optical beam diffraction tensor in birefringent crystals
本文提出用平面张量定量描述双折射介质的菲涅耳衍射各向异性，并展示其在自准直传播、声光非临界相位匹配及三波混频分析中的应用。
2021-04-22 physics.optics
Fresnel diffraction patterns as accelerating beams
我们证明了源自菲涅耳衍射图样的光束在自由空间中是自加速的。除了加速和自愈，它们还表现出抛物线减速特性，这与其他加速光束形成鲜明对比。我们发现菲涅耳傍轴加速光束的轨迹与非傍轴韦伯光束的轨迹相似。减速和加速区域由临界传播距离分开，在该距离处不存在加速度。在减速期间，菲涅耳衍射光束经历自平滑，其中衍射波的振荡逐渐聚焦并在临界距离处平滑。
2013-12-12 physics.optics
Diffraction of light by interfering liquid surface waves
干涉液体表面波是由浸入液体（水）中的两个或多个等间距的针的电驱动垂直振荡产生的。理论计算了单色光经液体表面反射相位光栅衍射后的强度分布，结果与实验相符。的衍射图案和它的关系到液体表面上的波的干涉的奇怪的功能被用来测量所得到的表面波的振幅和波长沿连接的两个振荡源的线。最后，通过光学探测干涉产生晶格状结构的表面区域获得的样品衍射图案被证明和定性解释。
2004-05-25 physics.optics
Some exact solutions for light beams
本文给出了强聚焦单色光光束的无限类精确解析解。由于解不包含积分，与强聚焦光的衍射理论结果相比，它们更容易探索。所有单色光束都可以分解成两个驻波，每个驻波与另一个的希尔伯特变换成比例。这意味着可以从任何驻波构建波束，并且我们的类是使用此过程导出的。我们给出了一些光束的视觉概述，揭示了许多有趣的能量和场结构，包括能量流中的涡旋，传播方向上的角动量和打结的场线。我们还展示了如何使用该方法来设计具有任意焦点形状的光束。
2018-07-31 physics.optics
Diffraction-Attenuation Resistant Beams: their Higher Order Versions and Finite-Aperture Generations
近年来，通过理想零阶贝塞尔光束的适当叠加，发展了一种在吸收介质中获得抗衍射衰减光束的方法。在这项工作中，我们将表明，这样的光束保持其阻力衍射和吸收，即使当产生的有限孔径。此外，我们将扩展原来的方法，以允许更高的控制光束的横向强度分布。虽然该方法是针对标量场发展起来的，但它也可以应用于傍轴矢量波场。这些新光束在自由空间光学、医学仪器、遥感、光镊等方面具有潜在的应用价值。
2010-07-07 physics.optics
Particle manipulation beyond the diffraction limit using structured super-oscillating light beams
由透镜聚焦的光的衍射极限分辨率由Ernst Abbe在1873年导出。后来在1952年，提出了一种通过调制聚焦光束的波前来获得亚衍射光斑的方法。在相关的发展中，超振荡函数，即局部振荡快于其最高傅立叶分量的带限函数，被引入并实验应用于超分辨率显微镜。到目前为止，仅使用简单的类高斯子衍射点。在这里，我们表明，这些子衍射点的振幅和相位分布可以任意控制。特别地，我们利用厄米-高斯，拉盖尔-高斯和艾里函数来构造具有亚衍射瓣的超振荡光束。然后，这些结构化的光束用于纳米尺寸颗粒的高分辨率捕获和操纵。捕获潜力提供了前所未有的定位精度和刚度，大大超过了标准衍射限制光束所提供的。
2017-02-20 physics.optics
Imaging ultrafast dynamical diffraction wavefronts in strained Si with coherent X-rays
单晶中的动态衍射效应产生高度单色的平行X射线束，相互间隔为几微米，时间延迟为几fs -所谓的回波。这种超快衍射效应被用于X射线自由电子激光的自注入方案中，以改善光束单色性。在这里，我们提出了一个相干X射线成像测量的回波从硅晶体，并证明了一个小的表面应变可以用来调整他们的时间延迟。这些结果代表了实现应变剪裁新X射线光学器件这一宏伟目标的第一步。
2021-10-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
An analytically simple and computationally efficient Gaussian beam mode-decomposition approach to classical diffraction theory
本文提出了一种计算光束经光阑衍射的高斯光束模式分解方法。这种方法提供了一种完全不同的方法来研究经典问题。虽然我们的方法是基于一个非常简单的设置，它是令人惊讶的有效。我们验证我们的方法通过比较其结果与基尔霍夫的全衍射公式。我们的方法不仅有一个简单而有组织的分析框架，它还提供了显着的计算优势。
2018-10-16 physics.optics
Probing higher OAM of LG beams via diffraction through translated single slit
拉盖尔-高斯（LG）光束携带轨道角动量（OAM）作为其相位轮廓中的奇异性的结果。在这项工作中，我们使用一个可移动的单缝探测LG光束的OAM。我们调用固定相位的方法来确定不同拓扑电荷的衍射图案，观察这些图案如何变化时，狭缝横向移动，并显示，通过查看不同的狭缝位置的衍射图案，我们可以确定入射光束的轨道角动量。使用数字微镜器件（DMD）作为动态狭缝，我们能够获得更高的$\ell$，这是不可能在以前的作品涉及狭缝衍射。我们的研究结果是有价值的OAM特别是光束的研究，目前的检测技术还不成熟，例如，光束的波长是在太赫兹制度或光束的更高的能量，如电子涡旋光束。
2018-11-27 physics.optics
Diffraction Resistant Scalar Beams Generated by a Parabolic Reflector and a Source of Spherical Waves
本文提出用抛物面反射器与略微偏离焦点的球面波源产生抗衍射光束，并分析了其抗衍射特性，为长距离抗衍射波提供了一种简单方案。
2015-06-07 physics.optics
Composite multi-vortex diffraction-free beams and van Hove singularities in honeycomb lattices
我们发现石墨烯和MoS $_2$型蜂窝光晶格的无衍射光束。由此产生的复合解决方案具有多涡的形式，与旋量拓扑电荷（$n$，$n\pm1$）。旋量分量的精确解在狄拉克极限下得到。分析了谷自由度和质量的影响。通过van-Hove奇异性，对解的拓扑结构进行了修正。在奇点处，无衍射光束呈现出强局域化的一维条纹。
2015-02-06 physics.optics
Diffraction-managed solitons and nonlinear beam diffusion in modulated arrays of optical waveguides
我们研究了光在非线性衍射管理光子晶格中的传播，该光子晶格是用飞秒激光在石英玻璃中写入的弯曲耦合光波导阵列和铌酸锂晶体中的钛内扩散制成的。我们确定不同的制度的非线性传播的光束的输入功率的不同，并提出了衍射管理孤子，这是由于工程光束衍射和非线性自聚焦或散焦之间的相互作用形成的第一个实验观察。我们观察到，在自准直结构的线性衍射被抑制，一个新的制度的非线性光束扩散发生在中间的权力之前，在较高的权力形成的晶格孤子。
2008-02-18 physics.optics
Fraunhofer diffraction of a Laguerre-Gaussian laser beam by fork-shaped grating
本文从理论上研究了径向模数为零、方位模数为l的拉盖尔-高斯激光束经p阶叉形位错衍射光栅的夫琅禾费衍射，推导并分析了衍射波场在傅里叶平面内的振幅和强度分布的解析表达式。最后给出了涡半径的表达式。
2010-11-16 physics.optics
Optical trapping below the diffraction limit with a tunable beam waist using super-oscillating beams
超振荡光束可以用来产生大小低于衍射极限的光斑，其附近有高强度的侧环。由这种光束的超振荡部分制成的光学陷阱与常规光学陷阱相比表现出更好的亚微米珠的定位。在这里，我们重点研究粒子尺寸与陷阱尺寸的比例对超振荡光束的光阱的定位和刚度的影响。我们发现了一个非单调的依赖性的捕获刚度的粒子尺寸的比例，光束的大小。当粒子大于超振荡特征的束腰但足够小以不与侧环重叠时，实现最佳捕获。
2019-03-13 physics.optics
QED-based Optical Bloch Equations without electric dipole approximation: A model for a two-level atom interacting with a monochromatic X-ray laser beam
从束缚态量子电动力学的最小耦合哈密顿密度出发，导出了一组光学布洛赫方程。由于没有电偶极近似（EDA）对束缚态量子电动力学的最小耦合哈密顿密度进行近似，因此这种光学布洛赫方程是以前广泛使用的光学布洛赫方程所不能比拟的。由于X射线的波长与原子的波长很接近，使得电偶极近似（EDA）失效，因此我们的光学Bloch方程可以描述二能级原子与任意波长的单色光相互作用，适用于研究X射线激光束中二能级原子的光谱和Rabi振荡。
2012-09-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
High-angle diffraction of a Gaussian beam by the grating with embedded phase singularity
对高斯光束经沟槽分叉光栅衍射产生的涡旋光束的空间特性进行了理论和数值分析。与以前的工作相比，不再需要小角衍射条件，衍射光束可以强烈变形。这导致强度轮廓旋转和高阶OV分解成一组次级单电荷OV。定量地研究了这些效应，并与拉盖尔-高斯光束经过柱面伸缩变换后的类似特性进行了比较。与后一种情况相反，次级OV不在射束截面内的单个直线上，并且由相同射束承载的各个次级OV的形态参数通常是不同的。规定了次级OV相对于束横向尺寸的最大相对分离的条件。所得结果可用于实际产生具有预定特性的OV光束和OV阵列。
2009-07-15 physics.optics
Paraxial Sharp-Edge Diffraction of Vortex Beams by Elliptic Apertures
本研究开发了半解析计算算法，用于建模拉盖尔-高斯光束经锐边椭圆孔径的近轴衍射波场，可高精度探索未被研究的奇异光学场景基本特性。
2024-02-02 physics.optics
Field theory of monochromatic optical beams. I
我们研究单色，标量的亥姆霍兹和傍轴波方程的解决方案，从场论的角度来看。我们引入适当的时间无关的拉格朗日密度的欧拉-拉格朗日方程再现亥姆霍兹和傍轴波方程的$z$坐标，与传播的领域的主要方向，发挥相同的作用，在标准拉格朗日理论的时间。对于亥姆霍兹和傍轴标量场，我们计算了正则能量-动量张量，并确定了场的“能量”和“动量”的连续性方程。最后，给出了Helmholtz波动方程的一阶Dirac形式的简化。这项工作揭示了光波场的角谱表示，宇宙学模型和黑洞物理之间的有趣的和不那么承认的联系。
2014-12-02 physics.optics quant-ph
DXRD, a user-friendly suite of two- and multiple-beam dynamical X-ray diffraction programs
DXRD是一套用户友好的动力学X射线衍射程序套件，通过图形界面实现单晶及多晶的平面波计算、摇摆曲线模拟及任意N束衍射计算，并支持衍射谱线映射，服务于晶体光学设计与教学。
2025-09-26 physics.optics
Design and numerical analysis of metallic Ronchi diffraction gratings acting as reflective beam-splitter
本文设计并数值分析了一种金属Ronchi衍射光栅反射式分束器，通过强制零级衍射为零，结合标量方法与严格耦合波分析，揭示了沟槽高度与金属材料、光栅周期及照明波长之间的依赖关系。
2024-01-16 physics.optics
Wide viewing angle realization for sampled hologram by collecting high-order diffraction beams
我们提出利用像素结构对全息数据进行采样产生的高阶衍射光束，可以实现全息图像的视角扩展。衍射光束传播到新的光轴方向上，起到了类似于离轴全息载波信号的调制载波的作用，这使得新的观察区的重建图像。菲涅耳全息图中的再现像沿新的观察方向发生变形，而傅里叶全息图则可以从其他角度再现三维图像。高分辨率全息图条纹通过成像系统成像在像平面上，因此，仅衍射光束的收集增加了视域角。我们通过对显示具有不同视区的高阶衍射光束的取样全息图的数值分析来验证我们的建议。
2013-12-23 physics.optics
Diffraction of Bessel beams on 2D amplitude gratings -- a new branch in the Talbot effect study
本文给出了任意阶$J_l(κr)$贝塞尔光束在二维振幅光栅上衍射的解析理论。在一定条件下，主Talbot平面和分数Talbot平面中的衍射图案是环形微束的晶格，其直径取决于光栅周期、照明光束直径、Talbot平面的数目和拓扑电荷$l$。对于靠近光轴的环，后者再现照明光束的$l$。在新西伯利亚自由电子激光器的波长$λ= 141$ $μ$ m使用的光栅孔直径下至$d \approx 2λ$，以及，数值模拟进行的实验，以及支持的理论。由于拉盖尔-高斯光束可以表示为贝塞尔光束的叠加，本文的结果可以应用于拉盖尔-高斯光束的Talbot效应的分析。
2019-08-28 physics.optics
Diffraction-free subwavelength-beam optics
衍射是光传播的基本性质。由于这一现象，光通过亚波长狭缝时会向各个方向衍射，这就对光束在离孔径一定距离处的横向尺寸施加了基本限制。我们表明，一个亚波长大小的光束传播没有衍射展宽可以产生在自由空间中的建设性干涉各自的高折射率波导的菲涅耳源的多个光束。此外，它表明，这样的源不仅可以构造为连续波，但也为超短（近单周期）脉冲。结果从理论上证明了无衍射亚波长束流光学的可行性。该方法将近场亚波长束流光学（例如近场扫描光学显微镜和光谱学）的操作扩展到“不太远”的场区（0.5至约10个波长）。
2003-09-17 physics.optics
Modelling the longitudinal intensity pattern of diffraction resistant beams in stratified media
本文研究了冻结波型光束在非吸收分层介质中的传输，并提出了一种理论方法，该方法能够在最后一种介质中提供所需的空间形状的抗衍射光束。在这方面，我们还发展了一个矩阵方法来处理分层介质与大量的层。此外，我们进行了一些讨论，通过使用薄膜最小化的第一材料界面上的入射FW光束的反射。我们的研究结果表明，它确实是可能的，以获得控制，按需，抗衍射光束的纵向强度图案，即使在它经历了多次反射和传输层界面。遥感、医疗和军事应用、非侵入式光学测量等，是一些领域，可以受益于这里提出的方法。
2018-03-07 physics.optics
Discrete diffraction and shape-invariant beams in optical waveguide arrays
本文全面研究了离散光在均匀和弯曲波导阵列中的线性传播的一般特性，并与连续介质中的傍轴衍射进行了比较。特别地，利用矩量法和最陡下降法导出了描述均匀阵列中波束扩展、波束衰减和离散远场方向图的一般规律。在弯曲阵中，矩量法被推广到描述全局波束参数的演化。一个家庭的光束传播的弯曲阵列保持其功能的形状-称为离散贝塞尔光束-也介绍了。离散贝塞尔光束在波导阵列中的传输可以简单地用一个复$q$参数的演化来描述，该参数类似于高斯光束在连续透镜波导介质中的复$q$参数。讨论了$q$参数形式的几个应用，包括光束准直和多边形光学布洛赫振荡。\
2010-01-06 physics.optics
Spin-orbit interaction of light and diffraction of polarized beams
基于傍轴光学和菲涅耳-基尔霍夫近似，对均匀偏振光光束的边缘衍射进行了理论研究，预测了衍射光束的衍射图样与入射光束偏振态的关系。如果入射光束是圆偏振的，则衍射光束重心的轨迹经历与几何预期方向的小角度偏差。该偏差平行于屏幕边缘，并且与偏振旋向性的符号相反;它是针对具有平面波前的高斯入射光束的情况明确计算的。这种效应是光的自旋-轨道相互作用的一种表现，可以解释为圆偏振光束内部自旋能流的直接揭示。同时也揭示了与圆偏振入射光束相关的弱纵场分量的涡旋特性。
2017-04-14 physics.optics
New view on the diffraction discovered by Grimaldi and Gaussian beams
在所提供的工作短期的历史背景，以经典理论的光提出：格里马尔迪，费马，牛顿，惠更斯，杨，菲涅耳，弗劳恩霍夫，和高斯。在考虑几何模型的基础上，给出了光的波动模型和惠更斯-菲涅耳基本波的光线模拟。分析了高斯光束新的几何特性。本文给出了光束衍射发散角的新的、广义的解释。给出了无限长和有限长波前几何性质的差异。我们的几何模型在各个领域的可能应用的例子。
2013-02-26 physics.optics
The fine structure of the vortex-beams in the biaxial and biaxially-induced birefringent media caused by the conical diffraction
我们考虑了无衍射奇异光束在自然双轴和双轴诱导双折射介质中的近轴传输，其角动量在传输过程中不发生变化。我们预言了一系列新的光学效应，如带有分数拓扑电荷耦合光学涡旋的矢量奇异光束的稳定传输，均匀线偏振的零阶贝塞尔光束向径向贝塞尔光束的转换，方位角和螺旋偏振光束和空间变化的线性偏振的组合光束与耦合涡的转换。我们揭示了双轴诱导晶体中涡旋光束的场结构类似于自然双轴晶体中的场结构，并形成圆锥衍射中固有的矢量结构。然而，在这种情况下，模式光束不改变传播方向，因为它发生在天然双轴晶体内。
2011-07-28 physics.optics
Diffraction-free space-time beams
无衍射光束自由传播而不改变形状和尺度。避免衍射扩展的单色光束需要二维横向轮廓，并且对于限于一个横向维度的轮廓没有对应的解决方案。在这里，我们证明了时间的自由度可以被利用来有效地合成一维脉冲光学片，在自由空间中自相似地传播。通过在光束的时空自由度之间引入可编程的圆锥形（双曲线、抛物线或椭圆形）光谱相关性，产生了连续的轴向不变脉冲局域光束族。这种光束的光谱轨迹是光锥与时空光谱平面相交处的降维轨迹。自相似轴向传播远非例外，它是空间和时间自由度紧密相关的场的一般特征。这些一维的“时空”光束在光学薄片显微镜、非线性光谱学和非接触测量中是有用的。
2017-07-12 physics.optics
Diffraction of an Off-axis Vector-Beam by a Tilted Aperture
从实验和理论上研究了径向偏振矢量光束经离轴倾斜光阑衍射时轨道角动量诱导效应的表现。进行了实验，以提取的圆偏振度，这被证明是成比例的自旋角动量密度的轴上分量。我们报告了一个明确的分离区域的右和左圆极化分别与积极和消极的拓扑电荷，这是让人想起标准的涡旋引起的横向位移，虽然在衍射的情况下。实验结果得到了模型模拟的支持，一致性是相当令人满意的。结果是有用的，以了解轨道轨道相关的影响，由于不可避免的失调问题（特别是涡旋光束）。
2022-04-27 physics.optics
Phase retrieval of an electron vortex beam using diffraction holography
在光光学和电子光学中，被物体散射的波的振幅是通常以实空间图像或衍射图像中的强度分布的形式记录的可观察量。相反，散射波的相位的恢复是一个众所周知的挑战，这通常是通过干涉或数值方法来接近。在电子显微镜中，由于透镜设置的限制，特别难以检索衍射图像的相位。在这里，我们使用由纳米制造的全息图产生的散焦光束来形成可以与衍射光束干涉的参考波。这种设置提供了一个扩展的干涉区域与样品波函数在夫琅和费平面。作为一个案例研究，我们检索电子涡旋束的相位。除了这个具体的例子，该方法可以用于检索来自广泛的样品的衍射光束的波前。
2017-03-24 physics.optics
Diffraction-free optical beam propagation with near-zero phase variation in extremely anisotropic metamaterials
设计了具有相同波长下有效介电常数张量为零实部的横向分量（平行于多层膜界面）和具有超大虚部的纵向分量（垂直于多层膜界面）的极端各向异性金属-介质多层超材料，包括基于传输矩阵方法的光学非局域性分析.分析了多层膜周期和材料损耗对深亚波长光束在多层膜中传输特性的影响，证明了多层膜具有近平坦的等频轮廓，使得深亚波长光束在多层膜中传输时相位变化接近于零。
2015-02-03 physics.optics
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
Effect of Diffraction on Wigner Distributions of Optical Fields and how to Use It in Optical Resonator Theory. I -- Stable Resonators and Gaussian Beams
第一部分的文件是专门的衍射现象，可以表示的分数傅里叶变换的订单是实数。根据标量理论，衍射作用于电场的振幅以及其球面角谱，并且可以在空间频率相空间上定义维格纳分布。相空间具有欧几里德结构，因此衍射效应是与光场相关的维格纳分布的旋转。这样的旋转被示出为分裂成两个特定的椭圆旋转。谐振腔横模的Wigner分布在这些旋转中是不变的，在此基础上发展了一个完整的稳定光学谐振腔和高斯光束理论，包括束腰的存在性和相关公式，并自然地引入了Gouy相位。
2022-03-15 physics.optics
Subwavelength effects near a dielectric microcylinder illuminated by a diffraction-free beam
通过线性偏振光束或平面波撞击介质微柱产生光子纳米射流意味着传播波部分转换为倏逝波。这种转换表现在亚波长有效宽度的纳米射流腰部。然而，这种已知的近场效应相对较弱。我们从理论上证明了由两个平面波形成的波束的入射能够实现更强的近场效应：入射光束的深亚波长聚焦和整个圆柱表面及其附近的电场的强烈增强。圆柱附近的倏逝波的主导作用是由散射场的传播空间谐波的相消干涉引起的，入射光束。
2020-09-01 physics.optics
Focused Azimuthally Polarized Vector Beam and Spatial Magnetic Resolution below the Diffraction Limit
具有极化涡旋的方位电极化矢量束（APB）的一个显著特征是它包含一个磁主导区，在该磁主导区内电场理想地为零，而纵向磁场最大。应用菲涅耳衍射理论和平面波谱（PWS）计算来量化这样的光束在通过透镜聚焦时的场特征。在透镜的焦平面上，光束的纵向磁场强度分布的衍射极限半高宽（FWHM）和光束的环形总电场强度分布的互补FWHM（CFWHM）被检查为透镜的近轴焦距的函数。然后，我们将一个亚波长的致密介质Mie散射体放置在一个自立的会聚APB的最小腰平面上，并首次证明了在光学频率下实现了非常高的分辨率磁场，总磁场FWHM为0.23λ（即，0.04λ^2的磁场斑点面积）。这里所示的理论是有价值的发展的光学显微镜和光谱系统的基础上的磁偶极跃迁，这是在一般情况下比他们的电同行弱得多。
2016-05-10 physics.optics
Anisotropic diffraction induced by orbital angular momentum during propagations of optical beams
研究表明，无相位奇异性的椭圆光束所携带的轨道角动量可以引起各向异性衍射。通过比较两种不同类型的（1+2）维光束传输：无OAM的椭圆光束在各向异性介质中的线性传输和有OAM的椭圆光束在各向同性介质中的线性传输，解析地得到了OAM与其诱导的AD之间的定量关系。在前一种情况下，当光束的椭圆率是本文中定义的各向异性参数的平方根时，光束作为本征模的基模演化;而在后一种情况下，基模只存在于光束携带的OAM等于称为临界OAM的特定OAM时。无论OAM的符号如何，OAM总是增强长轴方向的扩束，减弱短轴方向的扩束，并且OAM越大，其引起的AD越强;此外，OAM还可以使椭圆光束旋转，且旋转角的绝对值不大于$π/2$。
2018-02-06 physics.optics
Fusion Between Frozen-Wave-Type Beams and Airy-Type Pulses: Diffraction-Dispersion-Attenuation Resistant Vortex Pulses in Absorbing Media
在本文中，我们执行两个重要的理论方法之间的融合，一个与冻结波光束，这是无衍射光束的纵向强度模式可以选择一个先验的介质（吸收或不），和其他相关的Airy型脉冲，这是耐色散材料中的色散效应的脉冲。因此，出现了一种新的方法，能够提供抗三种伴随效应的涡流脉冲，即：衍射、色散和衰减;同时，波强度沿其传播轴的空间变化可以随意设计。这种新方法可以看作是局域波理论在近轴区域的推广，新的脉冲在光通信、非线性光学、微操作等领域有着潜在的应用前景。
2018-09-24 physics.optics
A single diffractive optical element for implementing spectrum-splitting and beam-concentration functions simultaneously with high diffraction efficiency
本文提出了一种新的方法，并用于设计一个衍射光学元件（DOE）同时实现光谱分离和光束集中（SSBC）功能。根据现代光刻技术的局限性，我们开发了一种优化算法，通过该算法可以在任意厚度范围内优化SSBC DOE。理论模拟结果表明，所设计的SSBC DOE具有较高的光学聚焦效率。预期所设计的SSBC DOE在高效率太阳能电池系统中具有实际应用。
2013-01-23 physics.optics
Characterization of an aerosolized nanoparticle beam beyond the diffraction limit through strong field ionization
纳米材料的研究是技术应用和基础科学研究的一个活跃领域。研究孤立纳米粒子特性的常用方法是通过空气动力学透镜产生的真空粒子束。尽管是常见的做法，但这种光束的表征已被证明是困难的，因为光散射检测技术无法检测尺寸超过衍射极限的颗粒。在这里，我们提出了一种新的技术，用于表征这种纳米粒子束使用强场电离。通过将超快的mJ级激光聚焦到粒子束中，激光焦点内的纳米粒子被电离，并且很容易被其喷射的电子检测到。该方法给出了在焦点位置处的纳米颗粒密度的直接访问，并且通过粒子束的横向和纵向轮廓扫描焦点，可以获得三维粒子密度分布。此外，我们表明，强场电离是有效的，在检测直径小至10 nm的球形纳米粒子。此外，该技术是针对特定应用优化粒子束的有效工具。作为一个例子，我们表明，粒子束的密度和宽度可以通过限制气体流入气动透镜操纵。
2022-03-29 physics.optics
Optical vortex trajectory of the edge-diffracted single-charged Laguerre-Gaussian beam
本文研究了单束带电拉盖尔-高斯光束的束腰外边缘衍射。基于基尔霍夫-菲涅耳积分，分析了屏幕直边连续阻挡光束时光学涡旋的迁移行为。揭示了确定OV螺旋轨迹形状的衍射光束参数的普遍组合。导出了描述OV位错随束流屏蔽度变化的参数方程。此外，螺旋轨迹，它描述的情况下，屏幕边缘的入射光束的衍射扰动的条件下，通过运动的OV位置，得到。结果表明，在光束参数变化一定的区间内，选择衍射扰动范围较宽的方程作为最佳匹配函数。为解决衍射反问题：由光涡旋的迁移轨迹确定光束与障碍物衍射相互作用的参数奠定了基础。
2020-11-08 physics.optics
Time-Reversed Diffraction
我们表明，惠更斯-基尔霍夫衍射的时间反演公式可以用来推导高斯激光束的横向和纵向场，从一个简单的假设高斯光束分布在远场。将这种技术应用于赫兹偶极子的远场的尝试表明，衍射定律如何不允许波在无电荷区域中被聚焦到小于立方波长的体积。
2000-03-23 physics.optics
