反对称艾里光束的构造与应用研究

The project intends to carry out the research of antisymmetric Airy beam configuring and charecteristics. Antisymmetric Airy beams is based on symmetric Airy beams, reconstructed and arraged waveguides arrays by symmetric Airy beams. It can be designed and manufactured by a two-dimensional microstructure fiber. This special designed fiber consist of a cladding and a multi core optical waveguides array inside in the same cladding. Each array core spatial arrangement meet or satisfy the Airy function approximation. When a plurality Gaussian beam input at the optical fiber end, the outgoing light beam intensity distribution is satisfied or approximately satisfied Airy intensity distribution at the output end due to the optical coupling between the fiber cores. Through this array of coupling, The symmetric and antisymmetric Airy beams will be able to generated by the combination of reconstruction. The constructed antisymmetric Airy beams at the output end, the three Airy beams characteristics have been inherited, ie beam with lateral acceleration, no diffraction and self-healing capabilities. As an application, the project intends to study the propogation and interference properties of the antisymmetric Airy beams. Also we will develop a new optical tweezers for particle trapping and manipulating by using the antismmetric Airy beams. The study results of this project is very important and has potential applications in the field of micro-optics.

本项目拟开展反对称艾里光束的构造及其特性研究，反对称艾里光束是在对称艾里光束的基础上，通过反对称的方式构造出来的。它可以由特殊设计的二维微结构光纤制备出来。这种光纤由包层、多组阵列光波导纤芯构成，每一组阵列纤芯的空间排布满足或近似满足艾里函数，当向光纤一端输入多个高斯光束时，通过纤芯之间的光耦合，光纤另一端每一组阵列纤芯的出射光束的光强分布都满足或近似满足于艾里光束的光强分布。通过对这种阵列耦合所生成的艾里光束进行重构组合，就能制备出对称艾里光束和反对称艾里光束。所构造的反对称艾里光束在纤端出射时，继承了艾里光束的三大特性，即光束具有横向加速、无衍射和自愈能力。作为应用，本项目拟开展基于反对称艾里光束的光学干涉与传输特性分析以及微粒操控等研究。该项研究对微光学领域具有十分重要的学术研究价值和广泛的应用前景。

课题组在国家自然科学基金的资助下，开展了艾里光纤及环形旋转对称艾里光束的特性分析，同时开展了光纤特性测试关键技术及测试方法研究。主要研究成果包括三个方面：.（1）艾里光束特性及设计方法.开展了有关光纤特性及制备技术的研究，主要内容包括：1）艾里光束特性分析。从理论上分析了艾里光场在艾里光纤中的产生以及在自由空间中的传输；2）艾里光纤的设计与制备方法。为了便于实现光纤的制备，在整个艾里光纤的设计过程中进行了两次模型简化，第一次简化是控制纤芯数量，去掉内部纤芯以及减小横纵两列纤芯数量到5个，第二次简化是把方形纤芯优化成圆形。.（2）环形旋转对称的艾里光束及光纤特性.基于旋转对称艾里光束的特点，设计了一种由多个同轴环形波导组成的新型环形芯艾里光纤，通过解环形芯光纤全矢量波动方程，获得了模场分布的麦克斯韦方程的确切解和模式传播常数，利用理论计算分析了艾里光纤中的模式耦合分布情况。.（3）光纤特性测试关键技术及测试方法研究.围绕光纤特性测试关键技术及测试方法开展了以下几方面研究工作：1）开展了光纤测试系统的综合噪声抑制技术研究，提高测试系统动态范围，研究内容包括：发展了综合噪声抑制方法，攻克了光纤光路偏振串扰噪声、干涉拍噪声等光学噪声抑制，以及偏振衰落抑制；2）测量光路结构优化与关键器件参数选择，提高测试系统的测量灵敏度，完成了光纤测试系统集成。研究内容包括：最简迈克尔逊干涉系统结构优化，基于平衡探测的马赫泽德干涉系统结构优化以及差分光程延迟线选择，光纤测试系统集成。3）研究了光纤及光纤器件测试方法研究，研究内容包括：保偏光纤测试方法、波导器件测试方法。.综上所述，本课题完成了任务书中所规定的的研究目标和研究内容。