强聚焦构造光束的光场调控与力学效应

Beams with phase, polarization and coherence modulation are regarded as constructed beams, which is one of the hotspots in current studies. Some advantages are observed in tightly focused constructed beams, for examples: smaller focal spot, stronger longitudinal component, conversion of momentum, and specific intensity distribution (subwavelength spherical spot) et al. Therefore, constructed beams have important applications in optical manipulations. The tight focusing properties, including the optical characterization and the optical force, of constructed beams focused by high numerical aperture (NA) objective will be studied in this project. The modulation of intensity and polarization by the phase, polarization and coherence of constructed beam will be investigated. Moreover, realization of controllable optical force and its application in optical manipulations by modulating the phase, polarization and coherence of constructed beam will be investigated as well. Some new optical effects, including optical pulling force and optical torque, will also be the focus of this project. The achievement of stronger and more stable optical pulling force and optical torque by changing the properties of constructed beams will be discussed. These studies have theoretical and practical significance in optical micro-mechanism, biomedicine, quantum physics, and condensed matter physics.

相位、偏振和相干调制的光束被称为构造光束，关于该光束的研究是最新的研究热点之一。构造光束经过大数值孔径透镜聚焦后有许多独特的性质：例如更小的聚焦光斑，更强的纵向分量，动量之间的转换以及特定的光强分布（如球状亚波长光斑）等，因此在光操控等领域具有重要的应用价值。本项目拟研究构造光束经过大数值孔径透镜的聚焦特性，主要研究聚焦场中的光学特性以及光学力，通过调制构造光束的相位、偏振和相干等参量，调控聚焦场的光强分布，偏振分布等；并研究这些参量对光学力的影响，通过调节相关参量实现可控的光学力，并将其初步应用于光操控实验。此外，本项目还将对新型的光学力学效应，如光拉力以及光扭矩等展开研究，利用构造光束的特性实现这些新型的光学力，并通过改变构造光束的偏振、相位分布等，使得这些新型的光学力强度更强更稳定。这些研究对于光学微机械，生物医学，量子物理，凝聚态物理等领域，具有重要的理论意义和应用价值。

相位、偏振和相干调制的光束被称为构造光束，关于该光束的研究是最新的研究热点之一。构造光束经过大数值孔径透镜聚焦后有许多独特的性质：例如更小的聚焦光斑，更强的纵向分量，动量之间的转换以及特定的光强分布（如球状亚波长光斑）等，因此在光操控等领域具有重要的应用价值。.在本项目中，我们主要研究内容包括：构造光束的产生；构造光束经大数值孔径透镜的聚焦性质和光学力；基于构造光束的光学操控；构造光束在大气湍流中的传输性质；光束经过散射介质的光场调控。重要研究成果包括：在实验上产生两种特殊相干度分布的新型部分相干光束，理论上预测了一种新型激光腔模式。研究了具有多重调制的构造光束经过大数值孔径透镜的聚焦，获得了长距离无衍射亚波长光学结构；发现了脉冲光束在焦点附近的光速变慢和脉冲压缩现象。实验上利用一种新型构造光束稳定地捕获了微米尺度粒子，理论上发现了同时具有多种调制的构造光束可以同时捕获多个粒子，发现了椭圆偏振光束可以让粒子产生自旋角动量。实验上验证了构造光束可以有效抑制光束在大气湍流中的闪烁现象。实验上将光束经过散射介质所形成的散斑场调制为聚焦光斑。本项目的研究成果对于激光加工，激光的微操控等众多应用具有重要意义。. 在这一系列的研究工作中，我们一共发表了19篇学术论文，其中SCI收录论文14篇，包括SCI二区刊物论文5篇，另有EI收录论文5篇。截止目前，论文被SCI引用38篇次。此外，还培养了1名博士研究生和4名硕士研究生。参加了国际会议CIOP2016，并做了分会特邀报告，参加了2015年中国光学学会年度学术会议，并做了学术报告。