光学涡旋

✍ dations ◷ 2025-11-28 17:49:13 #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

  • 石脑油石脑油(英语:Naphtha),俗称轻油、白电油或去渍油,是一种原油精炼的烃类液体的中间物。它由不同的碳氢化合物混合组成,它的主要成分是含5到11个碳原子的链烷、环烷或芳烃。通常都是
  • 磁感应磁感或磁反应是一种感觉,它允许生物体探测磁场来感知方向、高度或位置。这种感官方式被一系列动物用于定向和导航,并成为动物探知区域地图的方法。对导航来说,磁感应和地磁场的
  • 孝淑睿皇后孝淑睿皇后(满语:ᡥᡳᠶᠣᠣᡧᡠᠩᡤᠠ ᠨᡝᠮᡤᡳᠶᠠᠨ ᠰᡠᠩᡤᡳᠶᡝᠨ ᡥᡡᠸᠠᠩᡥᡝᠣ,穆麟德:hiyoošungga nemgiyan sunggiyen hūwangheo,太清:hiyouxungga nemgiyan su
  • 原槐叶萍藻属Protosalvinia arnoldii † Protosalvinia braziliensis † Protosalvinia furcata † Protosalvinia ravenna †原槐叶萍藻属是一种史前植物,一般会在泥盆纪初期时的海岸线
  • 地安门坐标:39°56′00″N 116°23′47″E / 39.9334188°N 116.3962913°E / 39.9334188; 116.3962913地安门,俗称后门,是北京中轴线上的标志性建筑之一,明清皇城北门,位于皇城北垣正
  • 塞雷娜·威廉姆斯塞雷娜·贾梅卡·威廉斯(英语:Serena Jameka Williams,1981年9月26日-),生于美国密歇根州,美国女子网球运动员,为网球史上最伟大的女子选手之一,美国体育史上最佳女子网球选手(与克里
  • 2020年马来西亚政治危机2020年马来西亚政治危机,是指在从2020年2月24日起,马来西亚执政党希望联盟政府所发生的执政危机。该危机目前仍持续进行中。2018年5月9日,马来西亚举行国会下议院第14届选举。
  • 稗说稗说,也称稗说体,是高丽后期出现的类似笔记类的文学体裁。高丽时期的稗说主要是围绕诗人、诗句,记述逸闻趣事,传说,期间夹杂着作者的评论,也记述有关文、赋、对联、酒令等其它文学
  • 笹井醇一笹井醇一(ささい じゅんいち,1918年2月13日-1942年8月26日),是“第二次世界大战”(太平洋战争)时期日本海军的战斗机驾驶员。1918年(大正7年)2月13日,笹井醇一出生于东京青山区,父亲是
  • 佛罗伦斯公国佛罗伦萨公国(意大利语:Ducato di Firenze)位于意大利托斯卡纳,是自1532年的罗马教皇克雷芒七世任命亚历山德罗·德·美第奇为佛罗伦萨公爵后的政体。该公国首都位于意大利的佛