【摘 要】
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矢量涡旋光场是偏振态在空间上非均匀分布，相位在空间上呈螺旋状分布的光场。由于矢量涡旋光场的相位和偏振态在空间上奇异的的分布特性，因此矢量涡旋光场在光操纵、表面等离子体基元、超衍射、非线性光学等领域具有重要的应用价值。本文是基于空间光调制器(SLM)高效生成矢量涡旋光场。液晶SLM的工作原理是基于液晶分子的双折射效应，而液晶分子的光轴方向会随加载的电压大小而在某一平面内变化，即当某一偏振方向的入射光
【机 构】
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南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室,天津,300071
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矢量涡旋光场是偏振态在空间上非均匀分布，相位在空间上呈螺旋状分布的光场。由于矢量涡旋光场的相位和偏振态在空间上奇异的的分布特性，因此矢量涡旋光场在光操纵、表面等离子体基元、超衍射、非线性光学等领域具有重要的应用价值。本文是基于空间光调制器(SLM)高效生成矢量涡旋光场。液晶SLM的工作原理是基于液晶分子的双折射效应，而液晶分子的光轴方向会随加载的电压大小而在某一平面内变化，即当某一偏振方向的入射光入射到SLM上的液晶分子上时，其偏振态和相位会随着加载的电压大小而变化。因而当在SLM上不同像素位置加载不同电压(即加载灰度值随像素位置而变化的图像)，并且某一偏振光入射到该SLM上时，通过调节如图1所示的二分之一波片和四分之一波片，可得到偏振态和相位在空间上都变化的光场。当在SLM上加载如图2所示的图像时，得到如图3所示的旋向涡旋光场。
其他文献
利用超表面全息图在太赫兹波段首次产生了自聚焦的环形艾里光束.设计的超表面全息图是由一系列的C形金属狭缝天线单元组成.每个天线单元可以用来同时调节与入射波正交偏振的散射太赫兹波的振幅和相位.根据环形艾里光束的初始平面上场的振幅和相位，排列相应的天线单元到相应的位置，从而组成一个可以产生环形艾里光束的超表面全息图.在0.8 THz处，所设计的每个天线单元的周期为100μm.
在微纳光学与光子学领域，实现对光的偏振态的任意操控由于具有广泛的现代光学应用前景，因此在近些年越来越受到人们的关注。然而对光偏振态的调控的传统方式通常引入体积较大的双折射材料，其器件尺寸，工作带宽和调控幅度都无法满足现代光学小型化，高集成，高效率的要求。人工微结构的问世，为微纳尺度光偏振态的调控提供了一种有效的方式。
人工超表面相对于传统的三维超材料，以其更易制备、耗材更少和性能优异等特点而得到了大量研究者的青睐，成为近年来比较热门的一个研究方向。经过特殊的设计，表面超材料可被用来实现多种功能，如近场等离激元单向传输，偏振转换，负折射率材料，光自旋霍尔效应，全息成像等。我们设计了一种基于金属表面等离激元的人工超表面，并利用聚焦离子束刻蚀技术制备了样品，它可以同时实现利用入射光的自旋控制近场表面等离激元单向传输和
经典理论认为当光入射到亚波长金属小孔时，透射率将大幅衰减(正比于λ-4)，而后来的研究发现对于金属薄膜中的二维孔阵列，光可以实现高透射率，即所谓超透射。现在一般认为超透射是孔阵列面上的扩展表面波和孔径中的局域模式共同作用的结果。对于扩展态已经有充分的研究，而对于局域态则有多种来源。
与标量光场相比，紧聚焦的矢量光场不仅存在横向电场，而且具有非传播的纵向电场分量，同时可以形成超衍射极限的聚焦光斑。由于矢量光场在紧聚焦条件下可以获得超衍射极限的光斑，从而突破了衍射极限的限制，因此在超分辨率成像、表面等离子激元增强聚焦、单分子探测和微纳加工等领域有着广泛的应用[1-3]。
通过金属超表面结构单元的设计,利用单层超表面实现了太赫兹(THz)波段宽带透射式垂直偏振转换1.该偏振转化的产生主要来源于两个方面,一方面,局部不对称的结构与入射光相互作用,在谐振峰附近产生垂直向偏振分量,通过局域表面等离子谐振(LSPs)的近场相干相消,使得与入射光平行方向的出射光相互抑制不能传到远场,从而仅保留垂直向偏振分量；另一方面,整体对称性的设计能够使得激发的LSPs同样具有对称性质,从
超表面(Metasurface)因其独特的物理特性及其对电磁波振幅、相位的灵活调控能力，使其在光束控制、隐身技术等诸多方面具有诱人的应用前景。通过设计特定微纳结构来实现0-2π范围内任意电磁相位分布，进而根据惠更斯原理实现任意波前的调控，在计算全息方面吸引了很多人的研究兴趣。
圆锥曲线是数学中一种非常古老的曲线，并广泛应用于各种领域，如天体物理，工程，建筑等方面。然而这种曲线的自旋光学特性却未有人涉及到。我们利用狭缝的几何相位，并将它们按照一定的方式排列成椭圆和双曲线的人工超表面。我们发现对于椭圆超表面，不同自旋的光子能够分离，并分别聚焦在椭圆的两个焦点上，这就是光自旋霍尔效应。而对于双曲线的超表面，我们发现这种结构有自旋选择的特点，只可将一种的自旋光子同时聚焦在双曲线
半导体量子点由于其具有类似原子的特性被作为固态量子比特的载体受到人们的广泛关注，本报告将对单量子点中的电荷，自旋，波函数以及与微腔光场的相互作用的调控，讨论单量子体系的光辐射及其在量子信息处理中的应用。我们首先将单个量子点放到肖特基结的绝缘层中，通过电场精确控制量子点中的电荷数量，实现了不同带电激子态光辐射。
我们设计和使用超螺旋等离子透镜结构利用显微成像、傅里叶变换和数值模拟验证的方法开展了对其表面等离激元场中矢量涡旋光场特点及形成机理的研究。实验上，分别使用右旋圆偏振光和左旋圆偏振光对右手超螺旋结构和左手超螺旋结构照射，利用带有显微物镜的马赫曾德尔干涉仪对SPP场进行成像并利用偏振片提取分量。通过对SPP场与参考光的干涉条纹做傅里叶变换，分别得到SPP总场及其X分量、Y分量的振幅和相位分布图样。在结