矢量光束的动态调控及其焦场设计

非均匀偏振矢量光束由于其丰富的物理性质和效应以及极具潜力的应用前景正受到人们的极大关注。本项目探讨任意偏振分布的矢量光束的性质和生成方法，研究这类光束的聚焦特性、光学效应和在光学微操纵中的应用。重点研究以下几方面的问题：研究产生非均匀偏振矢量光束的新途径和实验系统；研究矢量光束进行相位和偏振动态控制的方法；研究通过对矢量光束的相位和偏振调控获取特定形态的焦场的方法、快速焦场设计算法及其实验系统；发展新的分析理论和计算方法以及测试技术，用于表征和测定矢量光束及其焦场的时空演化和结构特性；研究矢量光束的聚焦场中的偏振态性质以及几何相位分布规律，通过入射光参量的调节控制焦场中几何相位；建立基于矢量光束的多功能全息光镊系统，通过对微粒的光学微操纵寻找矢量焦场中存在几何相位梯度力的证据。

本课题研究了具有任意偏振分布的矢量光束的性质和生成方法、物理新效应及其在光学微操纵中的应用，取得了多项创新研究成果，主要成果主要包括：（1）提出了产生非均匀偏振矢量光束的新方法，实验生成了偏振和相位独立动态调控的矢量光束；（2）提出了利用入射光的偏振矢量调控聚焦场分布的新设想，可对焦场分布进行优化设计；（3）在入射光偏振调控的基础上进一步引入相位调控，增加了矢量焦场设计的自由度；(4)研究了光场的轨道－自旋相互作用的新效应，发现可通过涡旋相位实现焦场中自旋角动量流的分裂；（5）分析了聚焦的Airy光束的传输特性，运用聚焦的Airy光束实现了微粒的光捕捉和操纵；（6）提出了新的三维焦场迭代设计方法，通过入射光的相位调制构造具有特殊结构的三维焦场，实现了微粒的三维光捕捉和操纵。（7）提出了新的多重剪切干涉技术，可以消除相位重建时的频谱缺失问题，实现了光场相位的高精度检测。