Airy-Gaussian vortex beams in the fractional nonlinear-Schrödinger medium
研究了圆形Airy-Gaussian涡旋光束在分数阶非线性薛定谔方程模拟的(2 + 1)维光波导中的传输。系统分析的光束的自动聚焦揭示了一个强烈的非单调依赖性的峰值强度在焦平面上相应的列维指数,具有很强的最大值在α = 1.4。研究了非线性强度、输入光束中的艾里因子和高斯因子的宽度比以及光束涡度对自聚焦动力学的影响。特别地,如果非线性足够强,则发生多个自动聚焦事件。在方位调制不稳定性的作用下,轴对称光束会分裂成一组分离的亮斑。在强分形的情况下(α接近1),非线性光束自陷,第一次自动聚焦后,成为一个呼吸的涡旋准孤子。也考虑了由束场引起的辐射力,从而确定了探针纳米颗粒的捕获位置。
2021-10-01 physics.optics
Influence of oceanic turbulence on propagation of autofocusing Airy beam with power exponential phase vortex
根据Rytov近似理论,推导了幂指数相位携带轨道角动量(OAM)模式下自聚焦艾里光束(AAB)探测概率的解析表达式,即AAB-PEPV。分析了海洋湍流对AAB-PEPV传播特性的影响。结果表明,当各向异性海洋湍流具有较大的单位质量流体动力能量耗散率、较大的内比因子和较大的各向异性因子时,AAB-PEPV波束在接收端具有较高的检测概率。同时,探测概率随温度变化耗散率、温度和盐度对折射率谱的贡献而减小。此外,AAB-PEPV光束的功率指数相位越大,波长越长,其抗干扰性越好。
2020-05-14 eess.SP physics.optics
Propagation dynamics of the circular Airy Gaussian vortex beams in the fractional nonlinear Schrödinger equation
研究了圆形艾里高斯涡旋光束在分数阶非线性薛定谔方程(FNSE)描述的(2+1)维光学系统中的传输动力学。将分数阶衍射与非线性效应相结合,随着分数阶衍射Lévy折射率的增大,自聚焦效应减弱,聚焦光束半径变大,自聚焦长度变短。研究发现,在Lévy指数不变的情况下,随着CAGVB分布因子的增大,突变自聚焦效应变弱,突变自聚焦长度变长。讨论了输入功率和拓扑荷对自聚焦特性的影响。然后,我们找到了具有向外加速度的CAGVB,并展示了其自散焦特性。最后,在FNSE光学系统中,具有正涡旋对的离轴CAGVB在传播过程中表现出有趣的特征。
2020-11-14 nlin.PS physics.optics
Generation of arbitrary abruptly autofusing circular Airy Gaussian vortex vector modes
复矢量模代表了光在其空间和偏振自由度上不可分离的一般状态,这激发了各种各样的新应用和现象,例如它们意想不到的传播行为。例如,它们可以传播描述周期性偏振转变,从一个矢量光束改变到另一个。在这里,我们提出了一类新的矢量模式的能力,经验突然自动聚焦行为。为了实现这样的光束,我们在圆艾里高斯涡旋(CAGV)光束的空间自由度编码。我们演示了实验产生的任意CAGV矢量光束,并证明了它们的一些性质,如模间相位的旋转。我们预计,这些模式的迷人特性将促进与其自动聚焦行为和偏振分布相关的新应用的发展。
2022-08-31 physics.optics
Phase memory preserving harmonics from abruptly autofocusing beams
我们从理论和实验上证明了突然自聚焦的环-艾里光束的谐波具有一个令人惊讶的特性,它们保持了基波光束的相位分布。因此,这种“相位记忆”继承了谐波的突然自动聚焦行为,而在某些条件下,它们的焦点在空间上与基波的焦点重合。实验结果与我们的理论估计和详细的数值计算吻合得很好。我们的研究结果开辟了使用这种光束及其谐波在强场科学的方式。
2019-02-21 physics.optics
Propagation dynamics of radially polarized symmetric Airy beams in the fractional Schrödinger equation
利用分数阶薛定谔方程(FSE)模型,研究了径向偏振对称艾里光束(R-SABs)在具有分数阶衍射的(2+1)维光学系统中的传输动力学.随着λ的增大,这种光束的自聚焦效应增强,而焦距变短。考虑了内禀涡量对光束自聚焦动力学的影响。然后,R-SABs捕获纳米粒子的能力,通过辐射力进行了探索,并确定了多个捕获位置出现的过程中的传播。最后,我们发现,传播的涡旋R-SABs与离轴移位导致破裂的环形图案的功率密度分布。
2021-05-02 physics.optics
Frequency conversion of abruptly autofocusing waves
突变自聚焦波及其相关的环形艾里(RA)光束由于具有突变自聚焦到小F数的能力等迷人的特性而引起人们越来越多的关注。利用非线性相互作用实现光学频率转换可以进一步拓展其应用领域,但目前研究较少。本文报道了利用理想平顶光束和普通高斯光束作为泵浦光,通过和频产生的方法实现了RA光束的频率转换。在不同的相互作用位置条件下(即,原始的,自动聚焦,和傅立叶平面)和泵浦结构进行了系统的研究和实验研究。该原理论证为建立突变自聚焦波的频率界面提供了一般性指导,并为突变自聚焦波的非线性变换相关研究提供了参考。
2022-03-22 physics.optics
Spatiotemporal Airy rings wavepackets
研究首次实验实现时空艾里环波包,该波包在衍射和色散共同作用下实现突变自聚焦,具有强大的自愈性,并可通过嵌入涡旋相位限制横向轨道角动量,为超快光学和精密激光加工等领域提供新途径。
2025-04-01 physics.optics
Propagation of circular Airy derivative beams in complex media
本文通过实验与数值模拟研究圆艾里导数光束在湍流复杂介质中的突然自聚焦特性,证明其相较高斯光束具有更强的抗湍流畸变与聚焦能力。
2024-06-15 physics.optics
Nonlinear dynamics and self-healing properties of elliptical Airy beams in Kerr media
本文通过数值求解非线性薛定谔方程,研究了Kerr介质中椭圆艾里光束的非线性传播与自愈特性,提出了最佳输入功率以延长传播距离并增强稳定性,适用于远距离激光传输。
2025-02-27 physics.optics
1D self-healing beams in integrated silicon photonics
自从光学艾里光束的第一次实验观察以来,从粒子和细胞微操纵到激光微加工的各种应用都利用了它们的非衍射和加速特性。后来发现艾里光束在被障碍物阻挡后可以自愈,进一步证明了它在散射和无序环境下的鲁棒性。在这里,我们报告的艾里光束的集成硅光子芯片上的产生,并证明,在芯片上的一维艾里光束保持相同的属性作为2D光束。用于产生艾里光束的1D元光学器件的尺寸仅为3 × 16微米,比传统光学器件小至少三个数量级。这里展示的片上自修复光束可能使片上光网络的无衍射光路由和集成光子芯片上生物分子的高精度微操作成为可能。
2021-03-23 physics.optics
Space-variant polarized Airy beam
实验中产生了具有偏振结构的艾里光束,同时保持了其原有的振幅和相位分布。这类Airy光束保持了加速度特性。通过对艾里光束初始偏振态结构的观测,我们对艾里光束的自愈机制有了进一步的认识。从理论和实验两方面研究了空变偏振艾里光束的自恢复偏振特性。尽管光束被有限孔径严重截断,但在传输过程中,振幅和偏振结构往往会重新形成。
2015-12-21 physics.optics
Robust autofocusing propagation in turbulence
该研究对比了多种自聚焦光束与高斯光束在湍流复杂环境中的传播特性,证实自聚焦光束在强度波动、相干性、闪烁指数等方面更稳定,为复杂环境下光操控等应用的光束选型提供参考。
2023-08-27 physics.optics
Spatiotemporal coupled Airy-Airy wavepacket and its propagation dynamics
本文首次生成并控制时空耦合 Airy-Airy 波包,在保持垂直分布的同时实现旋转,并验证其自加速与自愈特性,为超快激光管理、光学微操控和时域编码通信提供新策略。
2025-06-06 physics.optics
Experimental optical trapping of microparticles with an Airy beams array using a Holographic Optical Tweezer
在这项工作中,我们提出了一个实验的光学陷阱的微粒与艾里光束阵列使用全息光镊。艾里光束阵列由于其无衍射和自聚焦的特性,在粒子的光学操纵中具有很大的应用前景。艾里光束阵列由N束相互对称反向加速的艾里光束组成,适用于不同的弹道,即不同的初始发射角。在此基础上,我们开发了一种用于产生无衍射光束的全息光镊系统,并利用它研究了作用在艾里光束阵列微粒上的光力分布。结果表明,通过改变艾里光束的发射角度参数,可以控制阵列的梯度和对微粒的散射力。此外,使用艾里光束阵列可以获得更大的光阱稳定性,具有以可控方式捕获和引导微粒的有趣可能性,可以应用于光学,生物和大气科学。
2020-07-08 physics.optics
Generation and near-field imaging of Airy surface plasmons
我们证明了实验的产生和近场成像的无衍射表面波-等离子体艾里光束,在金金属膜的表面上传播。Airy等离子体激元由工程纳米级相位光栅激发,并在其传播过程中表现出显着的光束弯曲。我们发现,所观察到的艾里等离子体表现出自我修复的特性,提出了新的应用等离子体电路和表面光学操纵。
2011-05-13 physics.optics
Caustic analysis of partially coherent self-accelerating beams: Investigating self-healing property
该研究运用焦散理论分析部分相干自加速光束的传播与自愈,发现空间相干性降低会增强自愈能力,并经仿真与实验验证。
2023-07-13 physics.optics
Hybrid Airy Plasmons with Dynamically Steerable Trajectories
Airy等离子体激元具有无衍射、自加速和自修复等独特的性质,在微目标的捕获、传输和分选、成像和芯片级信号处理等方面具有广阔的应用前景。然而,高耗散损耗和缺乏动力学可操纵性限制了Airy等离子体激元在这些应用中的实现。在这里,我们揭示了混合艾里等离子体振子的第一次以混合石墨烯为基础的等离子体波导在太赫兹(THz)域为例。由于光学模式和等离子体激元模式之间的耦合,混合艾里等离子体激元可以具有大的传播长度和有效的横向偏转,其中横向波导约束由具有中等品质因数的混合模式控制。同时,通过改变石墨烯的化学势,混合艾里等离子体的传播轨迹是动态可控的。随着光镊和牵引光束的发展,这些混合艾里等离子体可能会促进无衍射光束的进一步发现。
2016-10-25 physics.optics
Airy Resonances in Photonic Crystal Superpotentials
本文在二维硅基光子晶体中观测到源于晶格常数线性变化的艾里共振,通过映射为含线性势的非厄米薛定谔方程,揭示了面外辐射导致的复数有效质量对集体光学响应的根本影响。
2025-10-08 physics.optics
High-power ultrafast radially and azimuthally polarized accelerating Airy beams and their particle-like lattice topologies
本研究理论结合实验探究径向与角向偏振的高功率超快矢量Airy光束,给出空间谱解析表达,用飞秒刻写纳米光栅制备几何相位元件实现光束生成,还发现其类粒子拓扑晶格结构。
2025-01-13 physics.optics
Shaping symmetric Airy beam through binary amplitude modulation for ultralong needle focus
针状电磁场在高分辨率成像、拉曼光谱、远距离光传输等方面具有诸多优势。实现这样的场往往需要高数值孔径(NA)的物镜和透射掩模。我们展示了一个超长的针状焦点,在光学范围内产生一个普通的镜头。这是通过聚焦对称艾里光束(SAB)通过二进制光谱调制与数字偏振器件(DMD)产生的。这种幅度调制技术能够成形传统的艾里光束,SAB,以及一维(1D)和二维(2D)对称艾里模式之间的动态过渡模式。所创建的2D SAB的特征在于通过测量的传播领域的四个主瓣之一,由一个不透明的掩模。2D SAB被证实表现出对传播的自愈特性,在一定距离后重建阻塞的主叶。我们进一步通过经由具有不同NA的透镜聚集SAB来产生延长的焦线,并且实现了超长纵向针焦点。所产生的长针焦点将应用于光学、化学和生物科学。
2015-11-02 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
Flux trajectory analysis of Airy-type beams
艾里光束是傍轴亥姆霍兹方程的解,已知其在自由空间中的自加速传播中表现出形状不变性。这两个性质与它们不是平方可积的事实有关,也就是说,它们携带无限大的能量。为了避免这个缺点,所谓的有限能量Airy型光束的家庭已在文献中提出,在某些情况下,也在实验室中实施。在这里,这种类型的结构光束的传播的分析,提出从通量轨迹的角度来看,目的是更好地理解的机制,使无限和有限的能量光束表现出不同的行为。如图所示,虽然束的最前面的部分可以清楚地和明确地与众所周知的加速项相关联,但束的后面的部分对应于几乎均匀分布的流动轨迹,特别是对于大的传播距离。这被示出为与相邻瓣之间的轨迹的有效转移(逐渐地,从梁的前部到其后部),这导致涂抹出沿梁的后部的横向流。这与理想艾里光束中发现的情况形成鲜明对比,理想艾里光束中属于强度分布的给定波瓣的轨迹沿着传播始终保持相同。的分析补充与也基于几何描述的杨氏实验进行有限能量艾里光束,以提供一个动态的理解与圆形艾里光束观察到的自动聚焦现象。
2022-10-15 physics.optics quant-ph
Generation of neutron Airy beams
本研究通过全息方法克服了中子横向相干长度小、通量率低和缺乏中子透镜等挑战,首次在实验上成功演示了中子艾里光束的产生,为非基本粒子艾里光束的基础物理研究、新型中子光学元件开发及中子艾里涡旋光束的实现铺平了道路。
2024-07-28 physics.app-ph physics.optics
Influence of oceanic turbulence on propagation of Airy vortex beam carrying orbital angular momentum
利用Rytov近似理论,推导了携带轨道角动量的Airy涡旋光束通过各向异性弱海洋湍流的探测概率的解析表达式。研究了湍流参数和光束参数对Airy-OAM光束传输特性的影响。数值模拟结果表明,各向异性海洋湍流具有较低的温度方差耗散率、较小的温盐比对折射率谱的贡献率、较高的单位质量流体动能耗散率、较大的内尺度因子、较大的各向异性系数,导致Airy-OAM光束具有较大的探测概率。此外,Airy-OAM光束具有较小的拓扑电荷、较大的主环半径和较长的波长,具有较强的抗海洋湍流干扰能力。此外,随着接收孔径的增大,探测概率降低。与拉盖尔-高斯-OAM光束相比,当Airy-OAM光束的拓扑荷数大于5时,由于Airy-OAM光束的无衍射和自愈特性,其抗湍流干扰能力更强。研究结果对使用Airy-OAM波束的水下光通信链路具有一定的参考价值。
2018-06-21 physics.class-ph 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
Non-Paraxial Accelerating Beams
给出了麦克斯韦方程组的空间加速解。这样的非傍轴光束在圆形轨道上加速,从而推广了艾里光束的概念。对于TE和TM偏振,光束表现出亚波长特征的保形弯曲,并且主瓣的坡印廷矢量显示超过90度的转弯。我们证明了这些加速光束是自愈合的,分析了它们的性质,并与傍轴艾里光束进行了比较。最后,我们提出了一族新的周期加速光束,它可以从我们的解决方案。
2012-02-03 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Evolutions of ring Airy vortex beam and ring Pearcey vortex beam in turbulent atmosphere and a comparative analysis of their channel efficiencies and OAM spectra
该研究对比了环形Airy涡旋光束与环形Pearcey涡旋光束在不同强度湍流大气中复用/非复用场景下的传输特性,分析了信道效率与OAM谱差异,为湍流环境下的OAM光通信提供参考。
2024-08-17 physics.atm-clus 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