轴对称矢量光束基础研究及其新型应用

研究高纯度、高转换效率轴对称矢量光束(CVB)产生的新方法和新特性，探索基于聚焦CVB的表面等离激元(SPP)和局域表面等离子体(LSP)的场增强效应及飞秒非线性极化效应操纵金属微纳颗粒的新机制，构建以CVB聚焦纵向分量增强、LSP增强因子与非线性极化增强机制为核心的新型针尖增强拉曼光谱测量应用平台。 研究内容包括：(1)高纯度、高转换效率CVB产生新方法及其高数值孔径聚焦特性；(2)基于聚焦CVB的SPP虚拟探针激发新机制；(3)金属针尖LSP共振纵向电场定向增强机理；(4) CVB飞秒激光脉冲非线性极化作用下的金属颗粒微操纵及电场增强效应；(5)基于SPP光学虚拟探针、LSP电场增强和飞秒激光脉冲非线性极化效应的新型针尖增强拉曼光谱系统。本课题拟在CVB高纯度、高效率产生，探索光场定向增强机制与微操纵能力，构建新型增强拉曼系统方面取得突破。

研究矢量光束（CVB）的产生、表征及其在光学微操纵中的应用，实现了高纯度高效率CVB光束的产生与调控，研究了CVB光束在通信中的应用，构建了基于CVB的光学微操作系统。经过五年的研究工作，项目已经顺利完成并达到了预定目标，具体完成情况及取得成果包括：（1）实现了高纯度和高转化效率的CVB产生并获得95%以上的转化效率，研究了波片对飞秒脉冲频谱展宽的影响，同时对CVB的传输检测和调控进行了研究，相关研究成果发表在一系列国际高影响力期刊上，包括《Science》,《Nature Communications》，《Light: Science & Applications》等； （2）基于CVB产生的表面等离激元光镊与金属颗粒之间的作用，开展了新型光镊技术研究，利用光场的纵向分量，实现了对金属纳米颗粒的捕获，相关研究成果发表在《Nature Communications》，《Nano letters》，《Nanoscale》等高影响力期刊上；（3）基于飞秒CVB激光脉冲与金属纳米颗粒之间的非线性作用导致的非线性力，深入研究了非线性力作用的物理机制，实现了基于脉冲聚焦光场纵向分量的光镊效果，为进一步探索奠定了基础；（4）建立了基于CVB光学虚拟探针的成像与传感系统，实现了高分辨率的折射率成像，同时我们结合AFM系统平台对金属针尖的TERS进行了研究，实现了无标签和高灵敏度的样品分子特征检测；（5）建立了CVB近场表征系统，实现了CVB紧聚焦光场的偏振可选择性成像；本项目的研究成果对于发展具有我国自主知识产权的高端光学仪器、推动生物医学、纳米技术等领域的研究发展具有重要意义