光学涡旋

✍ dations ◷ 2025-11-25 19:10:31 #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

  • 文学美国文学(英语:American literature 或 Literature of the United States)指在美国产生的文学(也包括建国前殖民地时期的文学作品)。用英语写成的美国文学可视为英语文学的一部分
  • 吸入型糖皮质激素吸入型糖皮质激素(inhaled glucocorticosteroid,ICS),主要用于吸入的糖皮质激素,简称为“吸入激素”。由于目前主流的ICS采用的是布地奈德等局部不吸收,或者吸收后迅速在肝脏灭活
  • 微型计算机一般来说,微型计算机是以微处理器作为CPU的计算机。这类计算机的另一个普遍特征就是占用很少的物理空间。桌面计算机、游戏机、笔记本电脑、平板电脑,以及种类众多的手持设备
  • 中兴新村坐标:23°57′18.84″N 120°41′14.48″E / 23.9552333°N 120.6873556°E / 23.9552333; 120.6873556中兴新村是位于台湾南投县南投市北部的新市镇,是台湾战后第二个新市镇(
  • 个性性格(英语:character)是社会定义下,个人对待周围世界的态度,由行为反映出。性格随个体差异,但后天形成的社会性对其认知有重大影响,也因此体现了阶级与道德。性格结构包括四个方面:
  • 庆尚北道庆尚北道(韩语:경상북도/慶尙北道 Gyeongsang-bukdo)是位于朝鲜半岛东南部的一个韩国行政道,简称庆北(韩语:경북 Gyeongbuk),面积19,031平方公里,人口超过270万,首府是安东市。庆尚北
  • 威廉·吉奥克威廉·弗朗西斯·吉奥克(William Francis Giauque,1895年5月12日-1982年3月28日),美国化学家,1949年因对物质在接近绝对零度时表现出的性质的研究而获得诺贝尔化学奖。他在加州大
  • 巴恩斯特布尔 (马萨诸塞州)巴恩斯特布尔(英语:Barnstable)位于美国马萨诸塞州东南部科德角,是巴恩斯特布尔县的县治所在,面积197.5平方公里。根据2000年美国人口普查,共有47,821人,其中白人占91.85%、非裔美
  • 白珊白珊(1969年12月4日-),中国女演员。现为于正工作室旗下的合约女艺员。多演出于正监制的电视剧而知名。出生于四川成都。毕业于湖南省艺术学校。代表作品有《美人心计》、《美人
  • 冬枣冬枣(学名: cv. Dongzao),又名鲁北冬枣、冻枣、雁过红、果子枣、苹果枣、水枣、冰糖枣等,是一种晚熟鲜食的枣品种,其果实生育期在120天以上,果实成熟时期约为9月底(白熟期)到10月中旬