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光學渦旋簡介

發布時間:2022-08-05 15:13:11 瀏覽量:4606 作者:Wilson

摘要

渦旋是自然界最常見的現象之一,它普遍存在於(yu) 水、雲(yun) 和氣旋等經典宏觀係統中,也存在於(yu) 超流體(ti) 、超導體(ti) 和玻色-愛因斯坦凝聚等微觀係統中,被認為(wei) 是波的一種固有形態特種。

正文


光學渦旋簡介


摘要:渦旋是自然界最常見的現象之一,它普遍存在於(yu) 水、雲(yun) 和氣旋等經典宏觀係統中,也存在於(yu) 超流體(ti) 、超導體(ti) 和玻色-愛因斯坦凝聚等微觀係統中,被認為(wei) 是波的一種固有形態特種。


一、光學渦旋的發現


人們(men) 在研究潮汐運動時,發現在潮汐的渦旋中存在一種特殊點。當潮汐與(yu) 等潮線接觸時,潮汐峰就行消失。通過這一現象可以看出,在潮汐波中存在奇點,即光學渦旋。消球差透鏡的焦平麵處會(hui) 形成一種奇異環,證實光波場中也存在光學渦旋。1973年,Carter利用計算機對奇異環的特性進行模擬研究。結果發現當光束受到輕微擾動時,就可以使得奇異環產(chan) 生或消失。1974年Nye等在散斑場的研究中發現海水聲波中存在相位奇點,並將奇點的概念推廣到電磁波的領域。1981年,Baranova等發現在激光光斑上存在隨機分布的光學渦旋,並通過實驗發現在一定條件下,散斑光場中產(chan) 生光學渦旋的概率是可以測定的,但是不會(hui) 產(chan) 生高階拓撲荷數的光學渦旋場。1992年,Swartzlander等通過理論和實驗研究發現,在自聚焦介質中存在光學渦旋孤子,且光學渦旋孤子在傳(chuan) 輸過程中與(yu) 非線性介質會(hui) 產(chan) 生相互作用,這一發現對光學渦旋的傳(chuan) 播具有很大的貢獻。1998年,Voitsekhovich等在一定欺負條件下,詳細研究了相位奇點數目密度的特性,結果表明相位奇點數目密度具有一定的統計分布,並不是一個(ge) 特定的值,並且統計分布與(yu) 振幅空間導數的概率分布有關(guan) 。


圖1.渦旋光示意圖


二、光學渦旋的探索


到了21世紀,由於(yu) 光學渦旋所涉及的研究領域進一步拓展,人們(men) 對光學渦旋的認識達到了一個(ge) 新的高度。渦旋光作為(wei) 波動的一種形式,不僅(jin) 具有自旋角動量,而且具有由於(yu) 螺旋形的相位結構而產(chan) 生的軌道角動量(orbital angular momentum,OAM)。這種攜帶OAM的光束被稱為(wei) “光學渦旋”。光學渦旋是一種特殊的光場,它的特殊性主要表現在其特殊的波前結構和確定的光子OAM上。通過光學渦旋場中光子OAM對原子、分子、膠體(ti) 顆粒等物質的傳(chuan) 遞,可實現對微觀粒子的亞(ya) 接觸、無損傷(shang) 操縱;同時,渦旋光束因其具有拓撲荷數,在射頻以及量子保密通信等領域也具有重要的潛在国产成人在线观看免费网站價(jia) 值。


結語:渦旋光束在理論上具有無限維度,拓撲荷數取值可由負無窮到正無窮,且可取整數或分數,OAM這種特性為(wei) 其在OAM複用和高維量子通信提供了理論依據。


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