Super pulses of orbital angular momentum in fractional-order spiroid vortex-beams
本文研究了具有螺旋状光强和相位分布的超几何高斯光束组合的光学特性。它们的轨道角动量作为分数阶拓扑荷的函数，具有一系列超脉冲（爆发和下降），超脉冲的形式可以通过螺旋参数来控制。这种现象可用于光学器件和通信系统的光学开关和触发器。
2017-08-05 physics.optics
Propagation-invariant vortex Airy beam whose singular point follows its main lobe
本研究提出一种由艾里光束与其横向剪切光束π/2相移叠加而成的新型涡旋艾里光束，其奇点跟随主瓣、传输稳定，轨道角模纯度较传统类型最高提升10%，有望在多领域开辟新应用方向。
2021-07-05 physics.optics
Physical essence of propagable fractional-strength optical vortices in free space
分数阶矢量涡旋光束最近被证明是分数强度光学涡旋的新载体。但是，为什么这两种不稳定态结合形成的新涡旋光束能够在自由空间中稳定传播呢？本文通过揭示自由空间中可传播的分数强度光学涡旋的物理本质来解决这一科学问题，并由此提出了对这些涡旋光束的三个新的认识，即Abbe衍射极限、涡旋光束的相位演化和相位二元时间矢量特性：第一，由于Abbe衍射极限，固有偏振模纠缠在一起，从而将整个奇特的涡旋光束保持在自由空间中。对于第二种，我们证明了涡旋光束的相位演化，这是分数阶VVB偏振旋转的物理原因。对于第三种情况，相位不仅是光束的标量属性，而且表现为二值时间矢量属性。这一工作对涡旋光束的位相和阿贝衍射极限提供了完全不同的物理观点，加深了我们对经典光学中光束行为的认识。
2022-08-03 physics.optics
Optical Vortex Beam Propagation in Turbulent Atmosphere
采用归一化模型对涡旋光束在湍流大气环境中的传输进行了理论研究。模拟结果表明，涡旋光束在长距离传输的衍射特性方面优于传统的高斯光束。利用空间光调制器（SLM）实现了涡旋小光束的形成，在不考虑SLM固有损耗的情况下，其功率效率可达90%以上。
2016-12-08 physics.optics
Vortex and anti-vortex compositions of exact elegant Laguerre-Gaussian vector beams
将传统的束流定义重新表述为它们的双向版本，并使用赫兹势，使束流场成为麦克斯韦方程组的精确矢量解。该方法适用于TM和TE偏振的高阶雅盖尔-高斯光束。它们的等拓扑荷和反拓扑荷的涡旋和反涡旋共轴合成以封闭的解析形式给出。组合光束的偏振分量由其径向和方位角折射率指定。两种类型的光束组合物的纵向分量是共同的，同时它们的横向分量是不同的，并且包括两个-非傍轴和傍轴-分别由傍轴参数和其倒数区分的独立部分。新的解决方案可能出现有用的任意矢量光束的建模和剪裁。
2016-10-15 physics.optics
The mutual transformations of fractional-order and integer-order optical vortices
我们认为光学中的奇异光束问题是物理学中，特别是流体力学和量子力学中具有分数拓扑荷的涡旋态的相互作用、成形和变换的一般问题的一部分。从分数阶涡旋态表示为无穷多个具有不同能量分布的整数阶涡旋的叠加出发，（涡旋谱）我们表明分数涡旋光束的平滑波前可以衰减成整数阶涡旋的非对称阵列，反之亦然，光学涡旋阵列可以聚集在一起，形成在自由空间中传播时具有螺旋形相位分布的平滑波前。我们发现，一个简单的叠加的分数阶涡旋光束的有限数量，使我们能够形成对称的奇异光束与所需的拓扑电荷的整数阶涡旋。
2017-08-05 physics.optics
Gradient-Based Optimization of Optical Vortex Beam Emitters
涡旋光束是麦克斯韦方程组的稳定解，携带相位奇点和轨道角动量，这些独特的性质在基础科学，光通信和量子技术中产生了许多应用。涡旋光束发射器的可扩展集成和制造将使这些应用蓬勃发展，并实现传统光学无法实现的新应用。在这里，我们提出了一个通用的框架，以产生集成的涡旋光束发射器，利用光子逆设计。实验证明了角动量从-3 $\hbar$到3 $\hbar$的涡旋光束的产生。我们通过设计能够激发自定义涡旋光束光纤的涡旋光束多路复用器来展示该设计过程的通用性。最后，我们生产的铸造制造的光束发射器具有宽带宽和高效率，利用多层异构集成。
2022-02-19 physics.optics
The transverse shift of a high order paraxial vortex-beam induced by a homogeneous anisotropic medium
研究了倾斜高阶傍轴涡旋光束通过单轴晶体均匀各向异性介质的传输。我们发现，具有l阶光学涡旋的初始圆偏振光束分裂成具有复杂涡旋结构的寻常光束和非常光束。经过一系列的位错反应后，涡旋聚集在部分光束的轴上，初始圆偏振形成l阶光学涡旋。然而，只有l-1个涡旋聚集在具有正交圆偏振的部分光束的轴上。一个光涡旋沿垂直于光束倾斜面的方向移动。这种涡旋位移引起部分光束的横向位移。实际上，我们处理的是单轴、均匀各向异性介质中的光束四阶矩。前两个光束是初始倾斜光束分裂为普通光束和非常光束的结果。
2008-12-22 physics.optics
Negative optical spin torque wrench of a nondiffracting non-paraxial fractional Bessel vortex beam
吸收瑞利介质球在无衍射非傍轴分数贝塞尔涡旋光束中受到自旋力矩的作用。在偶极近似下利用电场的辐射修正计算了轴向和横向辐射自旋力矩分量。特别强调的是，以及改变拓扑电荷和光束的半锥角的偏振。当光束阶数为零时，轴向自旋力矩分量消失。然而，当光束阶数变成一个实数正数时，涡旋光束会产生左手（负）轴向自旋力矩，因为球体从光束中心偏离轴向移动。结果表明，无衍射非傍轴分数贝塞尔涡旋光束能够诱导任意放置的瑞利吸收球发生自旋反转，在粒子操纵、光镊旋转、光学牵引光束、光学工程超材料设计等方面具有潜在的应用前景.
2016-05-30 physics.optics
Robust and adjustable C-shaped vortex beams
波前工程是一项重要的量子技术。在这里，我们展示了一个强大的C形和轨道角动量（OAM）携带光束，其中甜甜圈形状的结构包含一个可调的间隙的设计和生产。我们发现，涡旋线的存在下，在光束的核心是至关重要的鲁棒性的C-形状对光束传播。涡核的拓扑荷主要控制C的大小，而其张开角则由涡-反涡环的存在所控制。我们演示了C形电子涡旋束的产生和表征，虽然结果同样适用于其他量子波。C形涡旋光束的应用包括光刻、动态原子分选和原子电子学。
2016-07-04 physics.optics
Single-pass, second harmonic generation of ultrafast, higher order vector vortex beams at blue
报道了一种新的蓝光矢量涡旋光束单次倍频的实验方案。利用脉宽约17 fs的钛宝石超快激光器和一组螺旋相位板，在偏振马赫-曾德尔干涉仪（MZI）中，在平均功率为860 mW的条件下，获得了lp = 12阶矢量涡旋光束。考虑到矢量涡旋光束的空间偏振特性，以及非线性频率转换过程对相互作用光束偏振特性的依赖性，利用两个光轴相互正交的硼酸铋晶体，将近红外矢量涡旋光束倍频为可见光矢量涡旋光束，倍频阶数高达lsh=24.实验测得lsh =2的矢量涡旋光束在单程倍频效率为2.4%时的最大输出功率为20.5mW。通过控制MZI中的时间延迟，我们在超快时间尺度上保持了泵浦光束和倍频光束的矢量涡旋性质。模式纯度的测量证实了高质量的矢量涡旋光束在泵浦和倍频波长的产生。通用的实验方案可以用来产生跨电磁波谱的矢量涡旋光束。
2019-02-07 physics.optics
Acoustooptic operation of optical vortex beams
利用基于TeO2晶体和石英玻璃的声光池，首次从实验上证明了涡旋光束的强度分布和相位结构在声光布拉格衍射下保持不变。因此，涡旋光束可以由于AO衍射而偏转，而声光操作的涡旋光束可以有效地用于光学技术的新分支，如光学捕获和具有不同轨道角动量的光束的受控寻址。
2017-08-28 physics.optics
Controllable generation and spatial phase-modulation of vortex beams in cascade-type atomic ensembles
本研究提出四能级级联型原子系统，利用共存的反向四波混频过程实现高低频涡旋光束可控生成与空间相位调制，在量子非线性光学等领域有应用潜力。
2024-04-17 physics.optics
Nonlinear vortex light beams supported and stabilized by dissipation
我们将非线性贝塞尔涡旋光束描述为非线性薛定谔方程的定域定态解，该方程包含一个耗散项，该耗散项解释了在普通光学介质中发生的高功率多光子吸收过程.在这些光束中，能量和轨道角动量被永久地转移到内部非线性环中的物质，同时它们被来自外部线性环的螺旋向内的能量和角动量流所补充，作为一个内在的水库。与涡旋孤子和耗散涡旋孤子不同，这些涡旋光束的存在并不严格依赖于色散非线性的精确形式，如克尔自聚焦或自散焦，并且不需要平衡增益。他们已被证明发挥突出的作用，在“管状”的实验与强大的，携带涡流的贝塞尔光束，在那里他们作为吸引子的光束传播动力学。非线性贝塞尔涡旋光束为环形涡旋光束在均匀自聚焦克尔介质中的稳定传输问题提供了一种新的解决方案。稳定性分析表明，存在单涡或多涡的非线性Bessel涡束，这些涡束对方位向破裂和坍缩是稳定的，而使这些涡束稳定的机制是耗散。非线性Bessel涡旋光束的稳定性解释了在圆管折射实验中的观测结果。
2017-02-22 physics.optics
Geometric phase associated with Poincaré beams due to unfolding of fractional optical vortex beams
利用混合螺刃位错的计算全息图对高斯光束进行衍射，产生分数阶涡旋光束。将产生的分数涡旋光束展开为双折射晶体内的本征偏振分量，导致光束横截面中的标量相位奇异性转换为矢量偏振奇异性。椭圆场的奇点即C点（未定义长轴的点）和L线（未定义手性的线）穿过光束的演化量化了变换。的位错，横向空间分离和纵向相对相位的两个本征偏振分量上确定的复杂的横向偏振结构的分数阶决定的相位形态的效果进行了研究。所产生的庞加莱光束的性质也通过将偏振态投影到庞加莱球上来表示。随着位错阶数从0.0逐步增加到1.0，相对相位的增加，部分庞加莱梁转化为完整的庞加莱梁。对于不同的展开视场光束的动态相位差，通过C点周围庞加莱球轮廓的几何相位来测量C点周围局部结构的变化。该研究为涡旋光束在不同几何相位下的应用提供了参考。
2019-06-05 physics.optics
Optical vortex trajectories in an astigmatic and elliptical Gaussian beam
在光束中的一个点处产生的光学涡旋将通过光学系统传播到涡旋可以用于某种目的的另一个点。然而，这种系统中的非对称光学元件可能导致像散或至少破坏光束的旋转对称性，这可能以不期望的方式影响涡旋的传播。当旋转对称的、消像散的高斯光束中的光学涡旋保持其初始形态直到其传播时，非对称或消像散的高斯光束中的光学涡旋的形态发生变化。这个涡旋甚至可以被另一个具有相反拓扑电荷的涡旋所取代。我们考虑了非对称和/或非对称高斯光束中单个非正则涡旋的行为。给出了涡轨迹的一般表达式。翻转平面的位置和涡的各向异性的演变被认为是不同的非理想情况。
2006-02-10 physics.optics
Quasi-ideal dynamics of vortex solitons embedded in top-hat nonlinear Bessel beams
自散焦介质中的非线性贝塞尔光束被认为是一种自然的、无衍射的背景，在这种背景中，涡旋孤子可以嵌套、相互作用并在比通常的高斯或超高斯背景大一个数量级的传输距离上生存。涡旋孤子的动力学特性接近理想均匀背景下的动力学特性，阻止了涡旋的螺旋和衰减，从而使涡旋转向易于应用。
2017-05-31 physics.optics
Experimental realization of vortex and vectorial vortex Pearcey-Gauss Beams
本文提出并实验实现了涡旋Pearcey-Gauss和矢量涡旋Pearcey-Gauss两种新型结构光束，通过空间光调制器和q-plate组合生成，并验证了其偏振演化特性，有望应用于光学计量、通信和光镊等领域。
2024-05-24 physics.optics
Dynamic Control of Collapse in a Vortex Airy Beam
研究了涡旋艾里光束在克尔介质中的自聚焦动力学和坍缩。由于旋涡场的存在，与克尔介质中的无涡旋艾里光束相比，压缩被抑制。崩溃的位置敏感地依赖于初始功率，涡阶数，和调制参数。与以往报道的任何光束的坍缩不同，坍缩可能发生在初始场几乎为零的位置，而在初始场主要分布的区域不出现坍缩。该研究揭示了如何控制和操纵崩溃的位置的基础上的初始功率，涡阶数和调制参数。
2012-02-12 physics.optics
Phase memory for optical vortex beams
涡旋光束由于其在光通信、粒子捕获等领域的广泛应用而受到人们的广泛关注。通过引入理想涡旋光束的概念，解决了涡旋光束的相位结构与物理尺寸之间的依赖关系。这些结构化光束通过不同水平的干扰的传播对于它们的使用是至关重要的。首次定量研究了理想涡旋光束与局域随机介质相互作用后的退化。我们开发了一个分析模型，描述了空间相关长度和扰动的相位方差如何影响涡旋光束的相位分布。这允许确定光束保持其初始涡度的记忆的随机性的制度。系统的数值模拟和控制实验表明，这种记忆效应的程度与不同的涡指数梁。
2021-08-19 physics.optics
Coherence-induced Polarization Effects in Vector Vortex Beams
我们从理论和实验上证明了具有偏振奇异性的一般和高阶矢量涡旋光束的相干性引起的偏振变化。聚焦部分相干矢量涡旋光束的显著退偏效应使光束的横向相关宽度减小，这为在保持光束偏振分布的前提下实现光束强度和偏振度的整形提供了一种手段。光强变化和偏振度下降与光束的偏振奇异性指数有关。我们的研究结果可能会提供一个额外的自由度，目前预计与各种类型的矢量涡旋光束的无数应用。
2020-07-21 physics.optics
Machine learning identification of fractional-order vortex beam diffraction process
针对分数阶涡旋光束衍射影响OAM识别的问题，提出基于ResNet的深度学习方法，精确识别传播距离和拓扑电荷，在湍流下准确率达99.69%。
2025-10-23 physics.optics
Probability distribution of intensity fluctuations of vortex laser beams in the turbulent atmosphere
采用数值模拟的方法分析了涡旋光束在大气中传输的统计特性。比较了高斯光束和涡旋光束光强起伏的累积分布函数和概率密度函数。结果表明，对于弱起伏湍流大气中的传播条件，（Rytov参数远小于1），高斯光束轴向光强起伏服从对数正态分布，而涡旋光束轴上的辐射强度起伏的概率密度分布很好地近似于饱和起伏条件下的指数分布特征（Rytov参数远大于1）
2018-02-09 physics.optics
Non-diffracting and non-attenuating vortex light beams in media with nonlinear absorption of orbital angular momentum
研究表明，高阶贝塞尔光束在非线性吸收介质中传输时，光束并不被完全吸收，而是以一种新的传输不变涡旋光束的形式存在，在这种涡旋光束中，光束能量和轨道角动量被永久地转移到物质中，同时被螺旋向内的能量和角动量流补充能量.与涡旋孤子和耗散涡旋孤子不同，这些涡旋光束不受特定色散非线性（自聚焦或自散焦）的支持，也不需要增益。在携带（可能是高）轨道角动量的光子的多重吸收存在下的传播不变性使得这些光束对于长距离的角动量的光学泵浦是有吸引力的。
2014-07-11 physics.optics
Generation and propagation characterization of a vortex beam through an electro-optical crystal-based electrically controlled flat plate
随着对现代光学中几乎所有领域的潜在应用需求的增加，涡旋光束的产生引起了人们极大的兴趣。基于电光晶体平板，提出了一种利用普克尔斯效应产生涡旋光束的电控方法。与传统方法相比，该方法可以灵活地调节涡旋光束的波长和拓扑电荷。模拟了光束在平板上的传输，研究了传输光束的轨道角动量模谱。OAM模谱与模拟结果吻合较好。该方法提高了涡旋光束产生的灵活性，在光通信和光学操纵等领域有着重要的应用前景。
2022-01-11 physics.optics
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
Generalized Jones Calculus for Vortex, Vector, and Vortex-Vector Beam Transformations
这项工作定义了琼斯矢量的一般形式，并建立了偏振器，波片，法拉第旋转器，Q板和螺旋相位板的琼斯矩阵。我们建立了广义琼斯演算涡旋，矢量和涡旋矢量光束变换。系统的形式主义提出的理论安排在操纵的相位和偏振的结构光。利用矩阵代数方法讨论了光学元件和系统的本征态和时间反演行为。最后，将广义琼斯积分应用于Sagnac干涉仪的表征，并提出了其应用前景。
2021-03-25 physics.optics
Powerful supercontinuum vortices generated by femtosecond vortex beams with thin plates
我们通过数值模拟和实验证明了利用多个熔融石英薄板从飞秒涡旋光束中产生强大的超连续谱涡旋。超连续谱涡旋被示出为保持涡旋相位轮廓的初始光束的光谱分量范围从500 nm到1200 nm。涡旋相位轮廓的转移是由于薄板方案抑制了多重衍射并保持了强度分布相对均匀的涡旋环，其中超连续谱主要由自相位调制和自陡化效应产生。该方案适用于不同拓扑荷数的涡旋光束，为产生高功率超连续谱涡旋提供了一种简单有效的方法。
2021-09-17 physics.optics
Reconstructing the Poynting vector skew angle and wave-front of optical vortex beams via two-channel moiré deflectometery
本文提出了一种基于双通道莫尔偏折术的涡旋光束坡印廷矢量波前和横向分量的测量方法。用这种方法分析了非均匀液晶盒q板产生的涡旋光束。所测得的束流拓扑荷与理论预测吻合得很好。
2013-03-09 physics.optics
Far-field measurements of vortex beams interacting with nanoholes
我们测量了涡旋光束通过纳米孔后的远场强度。这个过程进行了分析，在螺旋度和总角动量。可以看出，在这个过程中，总角动量是保持不变的，而螺旋度不是。我们计算两个透射螺旋度分量之间的比率，$γ_{m,p}$。我们观察到，这个比例是高度依赖于螺旋度（$p$）和角动量（$m$）的入射涡旋光束的考虑。由于纳米孔的镜像对称性，我们能够将具有一定螺旋度和角动量的涡旋光束的传输特性与具有相反螺旋度和角动量的涡旋光束的传输特性联系起来。有趣的是，涡旋光束增强的$γ_{m,p}$比相比，高斯光束。
2015-11-15 physics.optics
Common-path generation of stable cylindrical perfect vector vortex beams with arbitrary order
本文提出并论证了一种高效、灵活的产生稳定的径向偏振和方位偏振的理想涡旋光束以及所有高阶柱面矢量涡旋光束的方法。该方法是实现任意整数拓扑荷的两束正交圆偏振涡旋光束叠加的最简便方法。通过简单地控制输入完美涡旋光束在相敏空间光调制器（SLM）上的垂直偏振分量和水平偏振分量之间的相对振幅和相位，并采用共路干涉法，制备了任意阶的庞加莱光束。绘制了SLM上相位函数的相对相位与灰度的校准曲线，以便于使用预先计算的灰度颜色图来确定所需的相位偏移。产生的光束偏振态均匀分布在整个光束横截面上。在投影线偏振态下的两光束的干涉图样也给出了通过控制花瓣的数量和取向的圆柱对称花瓣光束。
2019-07-19 physics.optics
Goos-Hänchen and Imbert-Fedorov shifts of polarized vortex beams
我们研究，解析和数值，反射和传输的任意偏振的涡旋光束的界面上分离两种电介质，并推导出一般表达式的线性和角古斯-汉臣和Imbert-Fedorov位移。我们预测了一种新的涡旋引起的Goos-Hanchen位移，并揭示了自旋引起的角位移和涡旋引起的线性位移之间的直接联系。
2008-12-23 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
Polygonal vortex beams in quasi-frequency-degenerate states
本文首次研究了准频率简并Yb：CALGO激光谐振腔经几何变换后产生的封闭多边形涡旋光束（多边形涡旋光束）。在激光谐振腔的SU（2）简并态附近，对具有三角形、正方形和三角形等特殊图形的具有大轨道角动量的PVB进行了理论研究和实验观察.将QFD态的涡旋光束与SU（2）简并态下的三角形、正方形和平行四边形路径上的孤立点阵列涡旋光束（PSA-VBs）进行了比较。通过调节腔长和泵浦光斑的位置，可以控制PVB或PSA-VB和OAM的光束轮廓形状。模拟和实验结果验证了我们的方法产生PVB的性能，这是一个巨大的潜力，促进新的技术在粒子捕获和光束整形。
2018-05-04 physics.optics
Generation and characterization of an array of Airy-vortex beams
我们提出的实验产生和分析的强度和相位的光学涡旋光束起源于叠加的艾里涡旋光束。提出了一种新的理论方案，即由N个对称的艾里涡旋光束（AiVBs）叠加形成AiVBs阵列，其中每个光束与OV叠加，并且具有相同的拓扑荷l.此外，一个单一的实验装置，使光学生成和重建的计算机生成的全息图上实现的空间光调制器和其相位分析的数字全息。实验结果与理论预测一致。该阵列在光镊、光通信调制、光学计量等光学和光子学领域具有广泛的应用前景。
2019-09-11 physics.optics
Spin-dependent metalens with intensity-adjustable dual-focused vortex beams
具有轨道角动量的涡旋光束由于其在光镊、量子信息处理等领域的广泛应用而受到广泛关注。Metalens是一种超紧凑的多功能设备，为设计涡旋光束提供了理想的平台。自旋相关的超透镜可以提高自由度，以进一步满足实际应用。结合几何相位和传输相位，我们提出并证明了一种设计自旋相关超透镜的方法，该超透镜产生纵向或横向双聚焦涡旋光束，即，具有预先设计的自旋相关相位分布的超透镜。在椭圆偏振入射光的照射下，可以观察到两束自旋相关的聚焦涡旋光束，并且通过调节入射光的椭圆度可以很容易地调节它们的相对聚焦强度。此外，我们还证明了这些双聚焦光束之间的分离距离和它们的拓扑电荷可以同时任意定制，这可能对光子学中的光捕获和操纵产生深远的影响。
2021-09-08 physics.optics
Measurement of the vortex spectrum in a vortex-beam array without cuts and gluing of the wavefront
提出了一种实时测量复杂波束阵中部分涡旋波束振幅和相位平方的新方法。该方法是基于测量高阶强度矩和分析的线性方程组的解决方案。校准测量表明，至少对于10-15个光束的阵列，测量误差不超过4%。当测量具有不同分数光学涡旋拓扑荷的光束时，我们发现，对于与整数阶涡旋数量急剧增加相关的拓扑荷的小偏差，OAM急剧下降。与传统的衍射方法相比，这种方法例如用于光纤中的太比特信息处理的应用提供了显著的优点，并且当不仅调制OAM而且调制部分光束的相位时，开辟了信息压缩器的附加可能性。
2018-07-23 physics.optics
The precession of vortex-beams in a rotating uniaxial crystal
从理论和实验上研究了近似垂直于晶体光轴传输的奇异光束中光涡旋的进动，光束和晶体光轴以不同的角速度旋转。这种进动是单轴晶体中沿长轴方向不同尺度的结果。我们还分析了由两个旋转晶体和它们之间的波延迟器组成的光学减速器的性质，允许我们控制涡旋轨迹的形式。
2008-10-13 physics.optics
Generation of cylindrical vector vortex beams by two cascaded metasurfaces
提出了一种简单有效的基于两个级联超颖表面的任意柱面矢量涡旋（CVV）光束的产生方法。该超颖表面作为空间变化的Panchratnam-Berry相位元件工作，并且可以产生任何期望的涡旋相位和矢量偏振。第一超表面用于切换与涡旋相关联的拓扑电荷的符号，并且第二超表面用于操纵局部极化。这种方法允许我们同时操纵CVV光束的偏振和相位。
2014-07-22 physics.optics
High-power, high repetition rate, tunable, ultrafast vortex beam in the near-infrared
我们报告的高功率，超快，高重复率的涡旋光束源在近红外波长范围内可调谐的实验演示。基于50 mm长掺MgO周期极化LiNbO 3晶体中涡旋级lp=1的Yb光纤激光器的单通光参量产生，该光源产生了1433-1553 nm涡旋级ls=1的信号光。此外，该源产生在高斯光束轮廓中在3379-4132 nm范围内可调谐的宽带闲频辐射。我们观察到，由于相互作用光束之间的重叠积分最高，泵浦光的涡旋轮廓总是转移到信号光，而闲频光由于光学参量过程中轨道角动量守恒而保持高斯空间轮廓。当抽运功率为4.72 W时，信号光和闲频光在1509 nm和3625 nm处的最大功率分别为1.7 W和0.48 W。信号涡旋光束具有宽度为637 fs、重复率为78 MHz的输出脉冲。信号（闲频）的光谱宽度为4.3 nm（129.5 nm）和无源峰-峰功率波动优于3%（1.1%）超过30分钟，分别。
2017-07-31 physics.optics
Analytical description of optical vortex beams generated by discretized vortex producing lenses
在低性能空间光调制器上编程的离散化涡旋产生透镜已经用于产生光学涡旋。然而，这些旋涡的描述只得到了数值模拟的支持。在这项工作中，一般的分析处理（任何拓扑电荷-任何离散化水平）的高斯光束的传播通过离散涡产生透镜。由此产生的场可以表示为不同振幅和拓扑电荷聚焦在不同平面上的库默尔光束之和，其形成特性可以通过调节装置的参数来改变。同样地，分析涡旋线以理解观察到的拓扑电荷的形成机制，这些拓扑电荷出现在特定平面中。证明了拓扑荷的守恒性。理论预测得到了实验的支持。
2017-12-11 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
Generation of perfect vortex and vector beams based on Pancharatnam-Berry phase elements
理想涡旋光束是具有固定环形光强的轨道角动量（OAM）光束，它比传统的拉盖尔-高斯光束提供了更好的OAM源。然而，获得理想涡旋光束的普通方案通常体积庞大且不稳定。我们在这里展示了一种新的生成方案，通过设计平面Pancharatnam-Berry（PB）相元素，以取代所有需要的元素。与传统的基于反射或折射元件的方法不同，PB相位元件可以大大减小系统的体积。此外，PB相元方案易于发展，以产生理想的矢量光束。因此，我们的方案可以为集成光通信和微操作系统提供突出的涡旋和矢量源。
2017-02-03 physics.optics
Non-canonical propagation of high-order elliptic vortex-beams in a uniaxial crystal
我们导出了非傍轴和傍轴光束的相应方程，并找到了它们的解。本文给出了广义厄米-高斯光束垂直于单轴晶体光轴传输的傍轴解。我们还构造了z=0平面上的广义拉盖尔-高斯光束，并分析了它们在均匀各向同性介质中的演化。通过与标准拉盖尔-高斯光束在晶体中的演化比较，我们发现，由于中心简并光涡旋和锥光图案产生的涡旋行的不同旋转速率，非寻常光束的附加椭圆变形导致了场结构的拓扑反应。我们预测了涡旋拓扑电荷在光束轴上的转换类似于在光学透镜中的转换，并分析了与此过程的根本区别。我们揭示了自旋角动量的同步振荡和涡旋拓扑荷在束轴处的符号。
2011-01-29 physics.optics
Long-range optical pulling force device based on vortex beams and transformation optics
本文提出了一种利用涡旋光束和基于变换光学原理设计的装置通过保角变换产生远距离光拉力的方法。该装置的工作原理是将输入的理想涡旋光束转换成几乎非傍轴的平面波，并通过最大化光束的前向动量来产生拉力。对该器件进行了三维全波分析，并采用麦克斯韦应力张量法计算了光学力。模拟结果与理论计算结果吻合良好。
2019-01-11 physics.optics
Subwave spikes of the orbital angular momentum of the vortex-beams in a uniaxial crystal
我们从理论上预言了垂直于晶体光轴传输的椭圆涡旋光束的圆偏振分量中，中心光涡旋的转换过程所引起的轨道角动量的巨大尖峰。我们在实验上观察到了晶体长度亚波长偏差内的转换过程。我们发现光束的轨道总角动量是守恒的。
2011-08-11 physics.optics
Radially and azimuthally pure vortex beams from phase-amplitude metasurfaces
为了利用拉盖尔-高斯基充分利用光的横向空间结构，必须控制光子的方位角和径向分量。涡旋相位元件通常用于产生这些光模式，提供对方位角指数的精确控制，但忽略定义其相关联的对应横向轮廓的径向依赖振幅项。在这里，我们实验证明了产生高纯度拉盖尔-高斯光束与一个单一的步骤轴上的转换实现与介质相位振幅超颖表面。通过对输入光束进行矢量结构化并将其投影到正交偏振基上，我们可以在相位和振幅上雕刻任何涡旋光束。我们表征所产生的涡旋光束的方位角和径向纯度，达到98%的纯度与$\ell=50$和$p=0$的涡旋光束。此外，我们比较表明，所产生的涡旋光束的纯度优于与其他成熟的纯相位超颖表面的方法产生的。此外，我们强调了方位角光栅中“鬼”轨道角动量阶的形成（类似于直纹光栅中的鬼阶），迄今为止尚未得到广泛研究。我们的工作带来了更高阶的涡旋光束和它们的无限潜力，使其得到广泛的应用。
2022-05-31 physics.optics
Off-axis vortex beam propagation through classical optical system in terms of Kummer confluent hypergeometric function
本文给出了具有光学涡旋的激光束通过透镜系统传输的解析解。利用螺旋相位板将光涡旋引入到高斯光束中。该解是一般的，因为它适用于任何整数拓扑电荷的光学涡旋，螺旋相位板的离轴位置和任何数量的透镜。一些有趣的结论进行了讨论。高阶涡是不稳定的，在小的相位或振幅扰动下分裂。然而，我们已经表明，离轴高阶涡是稳定的传播过程中通过一组透镜描述的傍轴近似，这是不典型的行为。由于螺旋相位板的移动，在像平面上记录的涡旋轨迹表现得像一个刚体。我们引入了一个新的因子，它在我们的光束中起着与纯高斯光束中的Gouy相位相同的作用。
2020-05-11 physics.optics
Beam quality measurement through off-axis optical vortex
每个光学系统的挑战之一是保持所使用的光束的质量，由于所使用的光学元件的低条件或它们的未对准，所使用的光束的质量可能会显著降低。根据所使用的整个光学系统，有很多方法专注于最终光束的校正。有效波束评估的问题同样重要。到目前为止，大多数测量都是基于目视检查，这并不总是足够的，特别是当需要高质量的光束时。新颖的方法使用结构光来增加光束对任何缺陷的灵敏度。本文提出了一种利用光学涡旋离轴位移测量光束质量的方法。它使用SLM作为涡旋产生元件，通过适当的全息变换使SLM离轴移动。涡旋轨迹的跟踪可以提供关于光束质量和光学系统的像差的信息。提出了一种新的涡流定位算法。
2019-08-26 physics.optics
Generation and propagation of an open vortex beam
对一类新型涡旋光束--开放涡旋光束进行了理论和实验研究。利用高斯光束经部分阻挡叉形光栅衍射产生了这样的光束，通过超几何（HyG）模的叠加给出了近场和远场OVB的解析模型。与传统的整数和分数阶涡旋光束不同，OVB可以同时具有开环结构和整数拓扑荷（TC）。TC由开口环所覆盖的周长决定。它也定量地表明，一个$π/2$旋转的开环发生在OVB的传播由于古伊相移。此外，我们演示了OVBs的实验生成和检测。我们的实验结果与理论符合得很好。我们相信，OVB可以在粒子操纵，量子信息和光学计量学等许多应用的潜在候选人。
2020-12-07 physics.optics
Reconfigurable vortex beam generator based on the Fourier transformation principle
提出了一种在光子芯片上产生不同轨道角动量阶数任意叠加涡旋光束的方法。提出了一种利用傅里叶变换原理，通过控制片上入射光的幅值和相位，实现对不同OAM器件的调制的分布式傅里叶全息光栅，将波导中传播的光波转换为自由空间中的涡旋光束。作为一个例子，我们研究了一个典型的器件组成的九个傅里叶全息光栅的扇形波导。通过标量衍射计算，可重构涡旋光束发生器输出光束的OAM可以通过调节输入光场的相位在-2到2阶范围内按需控制，数值计算表明，所产生的涡旋光束保真度在0.69以上。傅里叶全息光栅的工作带宽约为80 nm，保真度大于0.6。我们的工作提供了一种可行的方法来操纵涡旋光束或检测任意叠加的OAM，它可以用于集成光子结构的光学捕获，信号处理和成像。
2018-04-10 physics.optics
On-chip generation and control of the vortex beam
提出了一种产生和控制涡旋光束振幅和相位分布的新方法。通过在介质波导顶部引入全息光栅，自由空间涡旋光束和面内导波可以相互转换。这种微尺度全息光栅对几何参数的变化具有很强的鲁棒性。所设计的涡旋光束发生器可产生保真度达0.93的目标光束，工作带宽约为175 nm，保真度大于0.80。此外，本文还研究了一种由两个平行波导上的两个全息光栅构成的多重波发生器，它可以通过控制输入光的相位对涡旋光束进行有效而灵活的调制。我们的工作为具有多个光学自由度的集成OAM器件开辟了一条新的途径，该器件可用于光镊，微纳成像，信息处理等。
2015-09-29 physics.optics
Geometric Metasurface Fork Gratings for Vortex Beam Generation and Manipulation
近年来，具有轨道角动量的涡旋光束由于其在大容量光通信中的应用潜力而受到广泛关注。这种能力源于轨道角动量（OAM）的无界拓扑荷，它为编码信息提供了无限的自由度。产生涡旋光束的两种最常见的方法是通过叉形衍射光栅和螺旋相位板。虽然传统的螺旋相位板的实现需要复杂的3D制造，但新兴的超颖表面领域为产生任意轨道角动量的涡旋光束提供了平面和简便的解决方案。在这里，我们实现了一种新型的几何超颖表面叉光栅，无缝地结合了超颖表面相位板的功能，用于产生涡旋光束，和线性相位梯度超颖表面的功能，用于控制波的传播方向。因此，超颖表面叉形光栅能够同时控制光的自旋和轨道角动量。
2016-05-03 physics.optics
Transformation of Optical Vortex Beams by Holograms with Embedded Phase Singularity
从理论上研究了圆劳埃-高斯模入射的“叉形”全息图衍射光束的空间特性。衍射光束的复振幅分布可用库默尔光束或超几何高斯光束的模型来描述。在物理上，在大多数情况下，它的结构是在发散球面波的影响下形成的，发散球面波起源于光束空间轮廓中的不连续性或由全息图的凹槽分叉引起的其衍生物。这种波的存在是由近场衍射光束轮廓中的波纹结构和光束周边处的幂律振幅衰减来体现的。讨论了不激发发散波的条件。衍射光束携带螺旋波前位错（光学涡旋），其阶数等于入射光束方位角指数与全息图赋予的奇异性的拓扑荷的代数和。当上述总和为零时，输入光束的奇异性可以被治愈。在这种情况下，衍射光束可以在中心强度峰值中提供比高斯光束更好的能量集中，高斯光束的初始分布与入射光束的高斯包络重合。应用是可能的产生的光学涡旋光束与规定的属性和分析的光学涡旋光束在信息处理的问题。
2009-08-18 physics.optics
