光学涡旋

✍ dations ◷ 2025-11-19 06:52:26 #光学

光学涡旋(optical vortex)也称为光涡,是光学场中的零点,也就是光强度为零的点。自从约翰·奈(英语:John Nye (scientist))和迈克尔·贝里在1974年提出全面性的论文后,就开始了许多光学涡旋性质的研究,论文描述“光波列位错”的基本性质,这个研究后来成为“奇点光学”(singular optics)的核心理论。

在光学涡旋中,光会像螺旋开瓶器一般,沿着其轴扭转。因为其扭转,在轴的位置光会彼此相消。若投影在一平坦表面上,光学涡旋看起来会像一个光环,在中间有一个没有光的黑色区域。这种螺旋形行进,中间黑暗的光,称为光学涡旋。

光学涡旋的拓扑荷(英语:topological charge)定义为其在一个波长的扭转次数,拓扑荷恒为整数,依其扭转方向可能是正数或是负数。拓扑荷越大表示光沿着轴旋转的越快。此自旋会随着光波列而有角动量,若有电偶极矩则会产生力矩。

光的轨道角动量可以由捕获粒子的轨道运动来观察。光学涡旋和平面光的干涉会出现同心螺旋的螺旋相位。

在实验室中有许多方式可以产生光学涡旋。一般可以直接用激光产生,或者用一些方式,将激光光束变成涡旋,例如用电脑产生全息图,螺旋相位延迟的结构,或是材料中的双折射涡旋。

光学奇点是光场中的零点。在场中的相位会沿着零强度的点旋转(因此称为涡旋)。光学涡旋在二维场中为一个点,在三维场中为一条线(其余维数为2)。将场中的相位沿着包围涡流的路径场积分,会得到2π的整数倍。此整数称为光学涡旋的拓扑荷或是强度。

超几何高斯光束(HyGG)在其中心有一个光学涡旋,光束的形式为

为旁轴波动方程含有贝塞尔函数的解(参照近轴近似)。超几何高斯光束中的光子有轨道角动量,其中的正整数也就是光束中央涡旋的强度。圆偏振光的自旋角动量可以被转换成轨道角动量。

有许多的方式可以产生超几何高斯光束,静态螺旋相位板(Static spiral phase plate, SPP)、电脑产生的全息摄影、模式转换(Mode conversion)、q板(英语:q-plate)、s板、空间光调制器(英语:spatial light modulator)及可变形反射镜(英语:Deformable mirror)等。

光学涡旋可用在许多应用中,例如以往只能直接侦测的太阳系外行星可以用旋风星冕仪观测。光镊可以用在处理像细胞大小的物体等,受激发射损耗显微镜(英语:STED microscopy)中也有到光学涡旋的技术。

相关

  • 医师誓词希波克拉底誓词(希腊语:Όρκος του Ιπποκράτη,英语:Hippocratic Oath),俗称医师誓词,是西方医生传统上行医前的誓言,希波克拉底乃古希腊医者,被誉为西方“医学之父”
  • G03ATC代码G(泌尿生殖系统及性激素药品)是解剖学治疗学及化学分类系统的一个分类,这是由世界卫生组织药物统计方法整合中心(The WHO Collaborating Centre for Drug Statistics Met
  • Forbes(2012年12月)《福布斯》(英语:Forbes)是美国一本商业杂志,由福布斯公司(Forbes, Inc.)发行,每两周发行一次,以金融、工业、投资和营销等主题的原创文章著称。福布斯还报导技术、通信
  • 劳动力市场劳动力市场,又称劳动市场、劳工市场、职业市场、就业市场、求职市场、招聘市场、人力市场等,是指劳工(工人)供应劳力让企业购买的市场。
  • 石 川石川可以指:
  • 关系 (数学)在数学上,关系是对如等于 或序等二元关系的广义化。参考一个如“认为喜欢”之类的关系,其实际情形如下: 上表的每一行都代表着一个事实,并给出“认为喜欢”此类形式的断言。例如
  • 鲍斯韦湖坐标:55°46′20″N 12°27′30″E / 55.77222°N 12.45833°E / 55.77222; 12.45833鲍斯韦湖(丹麦语:Bagsværd Sø),是丹麦的湖泊,位于西兰岛东北部,处于首都哥本哈根西北面12公
  • 2018年冬季奥林匹克运动会瑞士代表团2018年冬季奥林匹克运动会瑞士代表团是瑞士所派出的2018年冬季奥林匹克运动会代表团。自1924年第一届冬奥举办以来,瑞士从未缺席过任何一届冬奥。根据国际滑雪联合会于2018年
  • 米尼奥米尼奥省 (Minho;宽式IPA:.mw-parser-output .IPA{font-family:"Charis SIL","Doulos SIL","Linux Libertine","Segoe UI","Lucida Sans Unicode","Code2000","Gentium","Genti
  • 金贤珠金贤珠(韩语:김현주,1977年4月24日-),韩国女演员。