随机电磁涡旋光束的传输特性及其调控研究

Studies on the statistical optical properties (for example, optical spectrum, optical coherence, optical polarization, etc.) of light beams on propagation and transformation are always an important topic in fundamental and frontier optics. The propagation of stochastic electromagnetic vortex beams combined with optical coherence, polarization and phase modulation is becoming a fundamental and frontier scientific subject in recent years, the obtained results will largely promote developments in applications on optical communications, laser machining, particles manipulating, etc. In this subject we will perform theoretical analyses, numerical simulations and some key experiments to study the propagation and transformation of stochastic electromagnetic vortex beams in or through some random media, electromagnetic-induced transparency (EIT) atomic vapor, photonic crystals, chiral media, misaligned optical systems, apertured optical systems, nonparaxial cases, high numerical aperture focused systems, etc. Based on these studies, we will really want to realize its effective modulation of the statistical optical properties of stochastic electromagnetic vortex beams on propagation, and then extend our studies. The intention of this project is to enrich the subject of statistical optics and solve some practical application problems, which has important scientific value and potential application value.

全面认识光在传输与变换过程中的统计光学特性（如光谱、相干、偏振等）一直是基础和前沿光学中一个重要的研究主题。结合光场的相干性、偏振性和相位调制的随机电磁涡旋光束的传输问题是近年来备受广泛关注的前沿性基础学术课题，已经取得的研究成果无疑会大大推动光通讯、激光加工、粒子操控等应用领域的发展。该项目拟通过理论分析、数值模拟和部分关键实验，研究随机电磁涡旋光束在随机介质中的传输特性，在电磁感应透明气体、光子晶体、手性材料中的传输特性，在失调光学系统中传输特性，在受限光学系统中传输特性，非傍轴条件下的传输特性和通过大数值孔径聚焦系统的聚焦特性等。在深入研究其传输和变换特性的基础上，进而实现对随机电磁涡旋光束传输中的统计光学特性的有效调控，并丰富和延伸研究领域。开展该项目的研究，有助于丰富和发展统计光学理论，在理论创新的基础上解决若干实际应用问题，该工作具有重要的科学意义和潜在应用价值。

全面认识光在传输与变换过程中的统计光学特性（如光谱、相干、偏振等）一直是基础和前沿光学中一个重要的研究主题。结合光场的相干性、偏振性和相位调制的随机电磁涡旋光束的传输问题是近年来备受广泛关注的前沿性基础学术课题。该项目主要研究内容包括：提出并实现了一种正弦角向相位分布的新型光束和一种幂指数相位涡旋光束；提出了利用交叉偏振度对随机电磁涡旋光束的拓扑荷数和涡旋脉冲的轨道量子数的相应测量方法；研究了涡旋Airy光束在左右手材料组成的光学系统中的传输特性；研究了部分相干椭圆高斯谢尔模光束的鬼成像现象及其形成的条件；研究了电磁方形高斯谢尔模光束经分数傅里叶变换系统的传输特性；研究了角向偏振光束的4Pi聚焦特性；研究了线偏振抛物线贝塞尔光束主偏振分量、交叉偏振分量和纵向分量的光强分布；研究了电磁辛克谢尔模关联的脉冲光源经色散介质中传输特性；研究了各向同性均匀介质对多高斯谢尔模涡旋光束传输特性的影响；研究了电磁谱高斯谢尔模光束在湍流大气中的传输特性；研究了多色源经湍流大气传输后产生的强度涨落关联特性；研究了随机电磁涡旋光束在生物组织中的传输特性；研究了像散随机电磁光束、各向异性随机电磁光束、径向偏振光束、高斯阵列光束、电磁矩形多高斯谢尔模光束分别经海洋湍流传输后的统计光学特性；研究带镜像性质和反镜像性质光束、异常空心光束、优美厄米双曲余弦高斯光束、多高斯谢尔模光束经透镜聚焦后作用在瑞利粒子上的光学辐射力及捕获条件。总体上，发表了50篇SCI论文。开展该项目的研究，有助于丰富和发展统计光学理论，已经取得的研究成果无疑会大大推动光通讯、激光加工、粒子操控等应用领域的发展。