《矢量光場的動態調控：新方法、新效應和套用》是依託南開大學，由王慧田擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：矢量光場的動態調控：新方法、新效應和套用
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：王慧田
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光子作為信息載體，其新現象、新效應和新套用的探索對當前的科學技術產生愈來愈深遠的影響。如何充分發揮光子作為載體的優勢，光場的調控至關重要。本項目主要研究矢量光場偏振和相位的動態調控技術，研究具有任意偏振分布和相位分布的矢量光場的性質和生成方法，尋找這類光場新的物理效應並拓展它們的套用，研究這類光場在光學微操縱中的套用。重點研究產生同時具有非均勻偏振和相位分布矢量光場的新途徑和實驗系統；發展新的分析理論和計算方法，用於求解處於矢量光場聚焦區域中的微粒的力場特性；建立基於矢量光場的光學微操縱系統，實現利用緊聚焦矢量光場對介觀微粒的光學微操縱；研究金屬或介電微粒在矢量光場光學微操縱下的性質和新效應；研究矢量光場與金屬微結構相互作用激發的表面等離激元所導致的新現象和新效應；研究矢量光場幾何相位的拓撲性質，探索光學霍爾效應增強的方法；利用偏振干涉和非疊代衍射波前測量技術，實現矢量光場參量的準確測量。
結題摘要
本項目在執行過程中，緊緊圍繞課題任務書設定的研究內容開展工作，主要以偏振和相位的調控、矢量光場自由空間的演化規律、基於偏振相位調控等手段進行聚焦場的結構整形、矢量光場拓撲結構測量以及相關矢量光場的新穎特性和套用等為研究重點。具體如下：針對光場的角動量及其套用：成功預言並實驗證實了一類與偏振旋度相關的新型光學軌道角動量，且其可以被徑向變化雜化偏振矢量光場所攜帶，打破了光偏振不能作用於各向同性材料的觀念，激發了具有軌道角動量其它種類波的生成。針對任意偏振矢量光場的產生新穎特性及套用研究：提出了基於波前重構和龐加萊球的具有柱對稱或非柱對稱的矢量光場生成方案，生成具有任意偏振態空間分布的矢量光場，為潛在的各種套用提供了光場條件；提出了利用雜化偏振矢量光場偏振對稱破缺的可設計、可控制特性，成功解決了飛秒雷射成絲的隨機不可控難題；提出由多個單元飛秒矢量光場構成的圖形矢量光場，製備微結構方案，不僅容易實現，而且具有靈活性和普適性。基於局域導模共振所致的偏振敏感異常光透射：提出Metamaterial設計方案以實現非均勻各向異性等效介質，該設計方案具有易於實驗驗證且可實現對光場的位相和偏振態進行同時操控的優點；基於弱測量理論，觀測到在界面上單次反射後的光自旋霍爾效應。針對基於液晶空間光調製器的偏振選擇衍射光學元件的研究：提出一個液晶空間光調製器上實現動態PSDOE的新方法，並實驗驗證了該方法的可行性。研製成功基於空間變雙折射組合波片的徑向矢量Hilbert變換濾波成像系統並將其用於實現任意形狀陣列矢量光束中；基於環形孔衍射法提出光學渦旋拓撲結構和軌道角動量的測量方法並進行實驗驗證。針對矢量光場的偏振調控、相位調控及其在焦場調控和光學操縱方面的套用：分析了聚焦的Airy光束的傳輸特性，運用聚焦的Airy光束實現了微粒的光捕捉和操縱。提出了通過入射光的相位調製構造具有特殊結構的三維焦場的疊代設計方法，實現了微粒的三維光捕捉和操縱。通過本項目的研究，在矢量光場的生成與調控、焦場整形與調控、矢量光場角動量等新穎特性及新套用等方面都進行了較深入的探索與研究，取得了大量創新性的成果，培養了一批優秀的青年骨幹人才和研究生，使我國在該領域的研究處於國際先進行列。本項目的研究成果為矢量光場的後續研究奠定了堅實的基礎。
