An Effective $z$-Stretching Adaptive Finite Difference Method for Paraxial Light Beam Propagation Simulations
Air Force Research Laboratory(空军研究实验室);Baylor University(贝勒大学)
针对柱对称域中透镜近轴光束传播,提出一种$z$拉伸自适应有限差分方法,通过域变换在均匀网格上高效求解,并构建专用矩阵分析方法研究数值稳定性。
2010-06-08 cs.NA math.NA physics.optics
Wide cylindrical or spherical optical potentials from laser beam superpositions
从理论上研究了近轴拉盖尔-高斯激光束模式叠加产生基于光学偶极力的光学势。抛物型和其他单项式潜力,甚至权力,在圆柱和球对称,与大直径,可以合成。这种叠加方法有望帮助实现高质量的原子云操作和成像。
2009-04-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Hidden symmetry and nonlinear paraxial atom optics
本文利用非线性波方程的隐对称性,分析了傍轴均匀原子激光束在沿传播轴光滑变化的二次势和柱势中的传输。推广了品质因数和近轴ABCD形式,精确地解释了这种光束中的平均场相互作用效应。使用基于矩的方法,这些理论工具提供了一个非常简单,但相互作用的光束轮廓演变的准确图片。讨论了制导原子激光实验。这种治疗同时解决光学和原子束在一个统一的方式,利用非线性光学和非线性傍轴原子光学之间的正式类比。
2009-12-09 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Unified approach towards the dynamics of optical and electron vortex beams
我们从几何相位和相关的霍尔效应的角度提出了一个统一的框架来研究光学和电子涡旋光束的动力学。统一归因于这样一个概念,即相对论性粒子的自旋自由度,无论是有质量还是无质量,都与涡线有关。%柱坐标中的公式导致与轨道角动量(OAM)相关的局部涡旋结构。基于圆柱坐标系,导出了与轨道角动量(OAM)有关的局域涡旋结构,证明了当电子涡旋束(EVB)在外电场中运动时,傍轴电子束产生OAM霍尔效应,而具有倾斜涡旋的非傍轴电子束在自由空间和外场中均产生自旋霍尔效应.类似的分析表明,非均匀介质中的傍轴涡旋光束(OVB)会产生OAM霍尔效应,而具有倾斜涡旋的非傍轴光束则会产生自旋霍尔效应。此外,OVB和EVB与倾斜的涡旋产生的OAM状态与任意的分数值。
2016-03-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spin angular momentum and optical chirality of Poincaré vector vortex beams
针对高阶庞加莱模式柱矢量涡旋光束,研究了其在傍轴和非傍轴条件下光学自旋与手性密度的空间分布,建立解析理论揭示Pancharatnam拓扑荷和偏振指数的调控作用,并给出聚焦非傍轴标量贝塞尔光束的解析方程。
2024-02-08 physics.optics
Degenerate Perturbation Theory Describing the Mixing of Orbital Angular Momentum Modes in Fabry-Pérot Cavity Resonators
我们提出了一个解析微扰理论,扩展了一个共同的圆柱对称稳定的光学谐振腔的傍轴近似,并纳入了差分,偏振相关的布拉格反射镜的反射率。具有不同的轨道角动量(OAM)和偏振,但相同的横向阶数N的拉盖尔-高斯模式的简并性将在足够小的尺寸和高精细度下变得显著提升。由此产生的傍轴本征模具有两个不同的OAM组件,分数组成微妙地取决于镜结构。
2009-01-02 physics.class-ph physics.optics
Half-integer order Bessel beams
光束是近轴波动方程(PWE)的解。在这项工作中,我们报告一个新的,据我们所知,光束。在圆柱坐标系中,我们利用平面波的角谱理论求解PWE。这导致我们的解决方案表示的积分形式,可以评估半整数阶贝塞尔函数的封闭形式。我们展示了如何实现数值模拟,以及如何通过实验证实这些结果。我们相信这种方法有利于分析和合成的通用光束。
2015-02-21 physics.optics
From Rings to Top-Hat beams
Instituto Nacional de Astrofísica Óptica y Electrónica(墨西哥国家天体物理、光学和电子研究所)
本文通过解析求解菲涅耳衍射积分,提出一种从环形强度分布连续过渡到平顶光束的结构光场的精确傍轴传播模型。
2026-06-11 physics.optics
Optical Lenses for Atomic Beams
从理论上研究了利用近轴激光束模式叠加产生原子光学透镜的方法。薄,宽,抛物面,圆柱形和圆形的原子透镜的数值孔径远大于文献报道的日期可以合成。这种叠加方法有望使高质量的原子束成像和纳米沉积成为可能。
2009-01-14 physics.optics quant-ph
Efficient hybrid-mode excitation in plasmonic nanoantennas by tightly focused higher-order vector beams
纳米天线中的杂化等离子体激元模式的有效光学激发对于实现许多有前途的功能是至关重要的,但由于入射光和混合模式之间的场分布失配,它可能具有挑战性。我们提出了一种有效的混合模式激发的一般方法,通过聚焦入射光场的各种高阶螺旋相位的圆柱偏振矢量光束的基础上。这种基矢量光束在高阶偏振态和斯托克斯参数(都在极坐标中局部定义)中描述,并相应地在高阶庞加莱球上可视化。在柱坐标系中,焦场被表示为高阶傍轴光束的所有聚焦光束的级数和。我们的焦场分解,使混合模式激发通过高阶矢量光束的分析,从而产生一个简单的设计,在紧聚焦区域的有效模式匹配场分布。
2021-10-29 physics.optics
Shaping the longitudinal intensity pattern of Cartesian beams in lossless and lossy media
几种应用,如光镊和原子导向,受益于允许光场的空间分布,特别是其纵向强度图案的工程技术。在圆柱坐标系中,冻结波等方法允许对光束的特性进行高级控制,但在笛卡尔坐标系中没有类似的技术。由于笛卡尔光束也可能是有用的应用程序,我们在这里开发的方法来调制按需的任何(最初)一维笛卡尔光束的纵向强度图案与集中的波矢谱,从而涵盖所有傍轴一维光束。为此,我们将总梁写成两个一维梁的乘积,并探索由附加笛卡尔坐标提供的自由度。虽然在该坐标为零的平面中,所选择的一维光束保持其结构并具有额外的所需强度调制,但在该变量的方向上出现类似正弦的振荡,并创建一个大小可调的斑点。给出了高斯光束和艾里光束的计算实例,并进行了相应的实验验证,以说明该方法的有效性。
2017-07-28 physics.optics
Laguerre-Gaussian modes become elegant after an azimuthal phase modulation
本文研究了纯相位涡旋调制对 Laguerre-Gaussian 光束的影响,发现调制后的光束实际上具有 elegant Laguerre-Gaussian 模式的角谱,从而可映射回 LG 型模式,并赋予光束新的 OAM 和径向量子数。
2024-11-12 physics.optics
Mapping of focused Laguerre-Gauss beams: The interplay between spin and orbital angular momentum and its dependence on detector characteristics
我们发现,传播的光场轴承轴对称不是真正的空心,尽管在轴上的零电场。这个结果是由基于电磁场矢量性质的一般论证得到的,在极端聚焦的情况下,当傍轴近似不再成立时,它具有特别的意义。具有“复杂”空间结构的场的快速空间变化在一般情况下被广泛地分析,并且对于拉盖尔-高斯光束2也是如此,特别是对于具有|l| = 2轨道角动量的光束,其中磁场和电场的梯度存在于轴上。因此,我们分析了原子大小的光探测器的行为,以及敏感的四极电跃迁和磁偶极跃迁,并将其应用到拉盖尔-高斯光束的情况下。我们详细说明如何映射这样的光束取决于性质和探测器的特定方向。我们还表明,极化和拓扑电荷,分别与自旋和轨道动量的傍轴近似时,混合的相互作用,修改焦平面中的光束的表观尺寸。这甚至导致在线性极化横向电场的情况下圆柱对称性的破坏。
2012-04-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Full-scatter vector field analysis of an overmoded and periodically-loaded cylindrical structure for the transportation of THz radiation
本文提出了一种全散射矢量场理论,用于高效传输THz辐射的过度模式和周期加载圆柱结构,通过解析方法分析谱系数并减少模式匹配问题的复杂性。
2025-12-12 math-ph math.MP physics.acc-ph
Structured-light propagation in a medium with uniform torsion: polarization textures, geometric birefringence, and beam-resolved optical activity
Universidade Federal do Maranhão(马拉尼昂联邦大学)
研究均匀扭量介质中有限宽度光束传播,通过几何理论分析扭量诱导的圆双折射,提出最小近轴光束模型,揭示扭量对偏振退化和几何旋转的影响,结合分析短距离和全近轴传播验证预测的偏振纹理。
2026-03-23 physics.app-ph physics.optics
Are vector vortex beams endowed with any entanglement?
光束的偏振是最重要的物理现象之一。但到目前为止,它只被描述在傍轴近似,其中它被认为是一个单一的自由度,其特征在于局部斯托克斯参数在横向平面。基于这种描述,矢量涡旋光束被认为是偏振和空间模式的纠缠。在这里,我们表明,有没有任何纠缠在一大类代表性的矢量涡旋光束,包括著名的柱矢量光束。这是通过开发一种方法来准确地表征一般光束的偏振来实现的。研究发现,当严格推广到动量空间中的一般光束时,Stokes参数是关于自然坐标系的物理量。确定自然坐标系的所谓的Stratton矢量确定了偏振的自然表示,其中泡利矩阵表示偏振相对于自然坐标系的固有自由度。结果,斯特拉顿矢量本身表现为偏振的另一个自由度。从这个观点来看,由平行于传播轴的斯特拉顿矢量以及泡利矩阵$\hatσ_1$的本征值指定的光束精确地是矢量涡旋光束。它们没有被赋予任何纠缠。
2020-03-15 physics.optics quant-ph