新颖自加速光束的传输特性及其应用研究

This project will discuss the propagation properties of self-acceleration beams in free space and in nonlocal nonlinear media, mainly discuss the manipulated self-acceleration properties theoretically. The research of the project includes the following contents: firstly, a novel family of the parabolic rotational self-acceleration beams whose propagation trajectory and accelerated direction can be controlled by changing the degrees of the freedom parameters are introduced, and the beams can bend 180 degree; secondly, the project will study the vectorial structure, nonparaxial properties, energy distribution, and other optical effect of the self-acceleration beams in free space; thirdly, the project will study the propagation properties of the self-acceleration beams in Snyder-Mitchell model and liquid crystal; lastly, the project will analyze the physical reasons for the controllable propagation trajectory and accelerated direction of the novel self-acceleration beams in free space and in nonlocal nonlinear media, discuss the application of the novel beams in electron acceleration and optical micro-manipulation. The purpose of this project is: to establish the theoretical system for the propagation properties of the novel self-acceleartion beams in free space and nonlocal nonlinear media, to predict the novel propagating phenomena of the self-acceleration beams in free space and in nonlocal nonlinear media by using the novel theoretical system, to discuss the potential possibility of the properties for the application in electron acceleration and optical micro-manipulation.

本课题将理论上探讨自由空间和非局域非线性介质中自加速光束的传输特性,主要讨论该类光束在这两种介质中被操控的自加速特性。研究内容包括：1）提出一类新颖抛物旋转自加速光束,该类光束的传输轨迹和加速方向可以通过改变自由度参量而调控，而且该类光束在传输过程中弯曲角度可以达到180度；2）主要研究该类光束在自由空间中传输的矢量结构、非傍轴特性、能流分布以及其他光学效应；3）研究该类光束在Snyder-Mitchell模型和液晶中的传输特性；4）分析该类光束在自由空间和非局域非线性介质中传输轨迹和加速方向可控的物理原因，探讨该类光束在电子加速和光学微操纵领域的应用。 本课题的目标是：建立描述自由空间和非局域非线性介质中新颖自加速光束传输的理论体系，用新的理论体系预言该类光束在自由空间和非局域非线性介质中传输的新现象，探讨利用这些特性在电子加速和光学微操纵领域应用的潜在可能。

本项目已完成的主要研究内容：1）提出了一类新颖自加速光束和一类新颖自加速且自聚焦的光束，包括：艾里高斯光束、艾里高斯涡旋光束，快速聚焦的环艾里高斯光束和快速聚焦的环艾里高斯涡旋光束，以及皮尔斯光束、皮尔斯涡旋光束和皮尔斯高斯涡旋光束；这些光束的传输轨迹和自加速方向可以通过改变分布因子参量而调控，通过相位调制这些光束，可以使得他们在传输过程中的弯曲角度达到180度；2）主要研究了这些光束在左右手材料、单轴晶体、梯度折射率介质、手性介质和谐振势介质中的传输特性；3）研究这些光束在自由空间、非线性克尔介质中的传输特性；4）分析这些光束在自由空间和非线性克尔介质中的传输轨迹和加速方向可控的物理原因，探讨了这些光束在光学微操纵领域的应用。. 同时本项目根据国际前沿热点, 根据本研究领域的最新进展，我们增加完成了以下研究工作：1）研究了旋转双曲余弦高斯光束、洛仑兹关联光束、旋转椭圆高斯光束和部分相干旋转椭圆高斯光束的传输特性；2）研究了(1+3)维空时自加速艾里波包的传输特性。. 本项目研究了新颖的自加速光束在自由空间和非线性介质中的传输特性问题，其研究结果已经建立了描述自由空间和非线性介质中新颖自加速光束传输的理论体系，用新的理论体系预言该类光束在自由空间和非线性介质中传输的新现象，已经探讨利用这些特性在光学微操纵领域应用的潜在可能。