光学涡旋

✍ dations ◷ 2025-09-18 17:09:36 #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

  • cDNA互补DNA(英语:complementary DNA,缩写cDNA)是一种利用逆转录酶,以RNA(通常是mRNA)为模板做成的复制品,经常用来将真核生物的基因(以mRNA形式)复制到原核生物细胞中。若一个cDNA含有许
  • 多哈多哈(阿拉伯语:الدوحة‎发音:.mw-parser-output .IPA{font-family:"Charis SIL","Doulos SIL","Linux Libertine","Segoe UI","Lucida Sans Unicode","Code2000","Gentiu
  • 图腾图腾崇拜是将某种特定物体视作与本氏族有亲属或其他特殊关系的崇拜行为,是原始宗教的最初形式,大约出现在旧石器时代晚期。“图腾”为印第安语totem的音译,源自北美阿尔冈昆人
  • 屈氏韧带十二指肠悬肌(Musculus suspensorius duodeni),又称屈氏韧带(Ligament of Treitz)。为一连接十二指肠空肠曲(英语:duodenojejunal flexure)和上肠系膜动脉(英语:superior mesenteric a
  • 李卫李卫(1688年2月2日-1738年),字又玠,江南铜山(今江苏徐州丰县大沙河镇李寨)人。清朝官员。以捐纳出身,初为员外郎,补兵部。雍正时期,与鄂尔泰,田文镜并称为“三大模范”。李卫十岁而孤,识
  • WPP集团WPP集团(WPP plc)(NASDAQ:WPPGY),英国的一家广告和公关服务跨国公司,是全球最大的广告传播集团,在110个国家里有3,000个办事处,员工达162,000多人。总部设在伦敦,执行部在爱尔兰都柏林
  • 狍,即中国狍、中国东北狍,又称野狍、狍子、麅子、狍鹿、羊鹿、野羊、矮鹿,在生物分类学上是偶蹄目反刍亚目鹿科狍亚科狍属的一种动物。是东方狍之下的亚种。狍属中型鹿类,无獠牙
  • 蔗虾蔗虾,是越南餐馆里常见的菜色,跟越南春卷、越南牛肉粉、扎肉等一样有名。制作方法非常简单,先将虾仁去壳清洗干净,用刀背将它压成泥后再剁至虾蓉状,下调味料搅拌然后重复摔打成虾
  • 无知财主的比喻无知财主的比喻是《路加福音》第12章第16-21节记载的一个耶稣的比喻。在伪经《多马福音》中,也记载了类似的比喻。这是很少的《多马福音》与《路加福音》有相似记载而《马太
  • 桐野洋雄桐野洋雄(1932年11月24日-)日本的电影演员。在早稻田大学毕业之后,进入演艺学校,和仲代达矢、佐藤庆、中谷一郎是同学,1958年正式加入东宝,常参与本多猪四郎、福田纯、冈本喜八、松