反常涡旋线偏振光束对瑞利粒子的捕获特性开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

光具有很多优良的特性,在我们的生产和生活中已经是不可或缺的要素,在日常通信中,光通信具有比电通信更加安全。自从光的波粒二象性被提出来后,人们对于光的研究更加深入。随着我们对微观世界认识的深入,我们发现在微观领域想要实现对粒子的捕获和控制,常规的机械手段已经失去了作用,于是“光镊”一词被提出。光镊在微小领域,对生命科学、化学、材料学、物理学、精密加工等领域产生了重大的影响,尤其是在对生物细胞和微小粒子的捕获和控制,开创了全新的格局。

涡旋光是一种特殊光,它在传输过程中等相位面呈螺旋形状,具有轨道角动量。它有着许多独特的性质,涡旋光中心暗斑小、没有衍射和加热效应,并且它具有较大的轨道角动量,这使得它在光学捕获中能够产生更大的回复力,因此在微观领域能够更好的对粒子进行捕获和控制。反常涡旋光在近场是一个空心旋涡光束,而当它传输到远场时它会变成宗量拉盖尔光束。反常涡旋光由于其独特的传播特性,在光学操纵和原子制导中有广泛的应用前景。

对于涡旋光的研究已经有一定的历史了,1974年Ney和Berry证明了光场中波前错位的存在,类似于晶体结构中存在的两种错位结构,并探索了错位的基本性质。1989年Cullet等人首次提出了光学涡旋的概念,用来描述相位带有奇异性且围绕奇点旋流的波,他们发现光学涡旋的中心是相位不确定的奇点,中心的光强为零,并且相位的变化是不确定的,光束绕其相位奇点传播旋转一周时,相位的变化是2π。1992年,Allen等人通过理论推导发现,当光束的光强表达式中含有因子时,此光束便是涡旋光,并且每一个光子都携带着轨道角动量,大小为,参数l为拓扑荷数,参数为普朗克常量。正是这一结果的发现,引发了人们对于涡旋光的进一步研究,掀起了对涡旋光束的产生、传输以及应用等的研究热潮。

对于反常涡旋光的研究历史并不久远,2013年Yuanjie Yang等人提出了一种新型的涡旋光束,既反常涡旋光束,他们通过理论推导和实验发现,与一般的涡旋光束不同的是,在自由空间的远场(或焦平面),反常涡旋光束最终会变成宗量拉盖尔光束。

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