【摘 要】
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角动量是光的一个重要自由度,它分为自旋角动量（Spin Angular Momentum,SAM）和轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）,这两种角动量之间可以相互耦合和转化,即通常所说的自旋-轨道角动量相互作用。角动量已经成为光学领域的一个研究热点,在高速光通信、粒子操控、全息成像、量子光学、新材料等领域得到广泛的研究和应用。通过之前的研究发现:在自由空间的条件下
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角动量是光的一个重要自由度,它分为自旋角动量（Spin Angular Momentum,SAM）和轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）,这两种角动量之间可以相互耦合和转化,即通常所说的自旋-轨道角动量相互作用。角动量已经成为光学领域的一个研究热点,在高速光通信、粒子操控、全息成像、量子光学、新材料等领域得到广泛的研究和应用。通过之前的研究发现:在自由空间的条件下,一束左旋圆偏振光束经过透镜聚焦可以产生具有+1阶相位涡旋拓扑荷的轨道角动量光束,而一束右旋圆偏振光束经过透镜聚焦可以产生具有-1阶相位涡旋拓扑荷的轨道角动量光束,这代表自旋-轨道角动量之间的转化是相互守恒的。但是,在近场条件下,通过验证可以发现,自旋角动量和轨道角动量之间的相互转化可以产生一些特别的现象,即近场中存在拓扑荷相反的区域,这种现象我们称之为特异的自旋-轨道角动量相互作用。本论文主要对这种近场光场特异的自旋-轨道角动量相互作用进行研究,主要研究内容包括以下两个方面:在仿真部分,首先仿真计算带有涡旋相位的圆偏振入射光束激发得到表面等离激元（SPP）光场,散射场的Ex和Ey两个分量的相位差始终是π/2或-π/2,说明散射场的中心区域是纯粹的左旋或者右旋。其次计算了颗粒在涡旋光聚焦后的表面场附近受力情况,结果显示粒子受力产生的力矩方向会在某个位置发生翻转,这会导致粒子的运动方向发生改变。由于颗粒的光致旋转效应可以反映自旋轨道角动量的相互作用,仿真结果理论上可以预测近场光场条件下存在特异的自旋-轨道相互作用。在实验部分,首先通过改变溶液载体来提高SPP光镊捕获金属粒子的稳定性,该项研究有助于解决SPP光镊乃至光镊领域内的一项亟待解决的问题:如何降低布朗运动对光学捕获的影响从而提高金属粒子的捕获稳定性。其次利用相位调控实现聚焦光斑的移动,该项技术通过相位调控实现捕获金属粒子在水平平面上的二维移动,因此可以用来实现高精度、非接触式的光学扫描成像技术,并在光学操纵、近场扫描成像以及研究光与原子相互作用等领域发挥重要的作用。最后设计一个同轴双光束光镊实验,期望通过实验来表征这种特异的自旋-轨道角动量相互转化。
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