Transmission‐Reflection‐Integrated Multifunctional Coding Metasurface for Full‐Space Controls of Electromagnetic Waves

Digital coding metasurfaces are aimed at simplifying the design and optimization procedures, and manipulating electromagnetic waves in digital manner. In this paper, a multilayered anisotropic coding metasurface is designed to realize multiple independent functionalities by changing the polarization and direction of incident waves. As a proof of concept, the beam deflection, diffuse scattering, and vortex beam generation are realized by using only a single transmission‐reflection‐integrated (TRI) coding metasurface. This design can achieve three different functionalities and simultaneous controls of transmitted and reflected wavefronts on a shared aperture with the TRI coding scheme. Both numerical and measured results verify the excellent performance of the multifunctional digital coding metasurface, which provides a simple way to extend the functionality of high‐efficiency metadevices.     

一种可传输轨道角动量的螺旋光子晶体光纤北大核心

设计了一种基于阿基米德螺线的新型螺旋光子晶体光纤,该光纤以二氧化硅为基底材料,包层由24个螺旋臂组成,每个螺旋臂包含11个小空气孔,纤芯设有大空气孔,包层与纤芯中间的环形区域用于传输轨道角动量模式。该结构在1300~1800 nm波段上可支持22种轨道角动量模式稳定传输,在1550 nm波长下,有效折射率差最高可达2.89×10^(-3),色散系数最低可达66.4 ps/(nm·km),非线性系数最低可达2.17 W^(-1)·km^(-1),且1500~1600 nm波段上的色散值变化均小于15.15 ps/(nm·km)。此螺旋光子晶体光纤不仅结构简单,且具有低非线性、色散平坦的性能,为螺旋光子晶体光纤的设计提供了思路。     

Probing the Photonic Spin–Orbit Interactions in the Near Field of Nanostructures

Photonic spin–orbit interactions (SOI) provide a new design paradigm of functional nanomaterials and nanostructures, and have especially accelerated advances in spin–orbit photonics. The berry phase or the geometric phase, a salient property of SOI, plays a vital role in this process. Thus, the characterization of photonic SOI processes together with the Berry phase is highly demanded for studies such as the optical spin‐Hall effect, spin‐to‐vortex conversion, and Rashba effect. Here, a spin‐selective and phase‐resolved near‐field microscopic method is proposed and experimentally demonstrated for real‐time probing and direct visualization of photonic SOI at mesoscale, and a 3D tomographic technique for imaging the spatial evolutions of the optical phases is also properly realized. By analyzing a metallic metasurface as a spin‐to‐vortex conversion platform, the abrupt geometric phase and the spatially evolutional dynamic phases are directly measured and intuitively illustrated. This work provides a powerful tool for the study of spin–orbit phenomena in near‐field optics, and can hold the promise for directly exploring the spin‐dependent surface states in plasmonics and photonic topological insulators.     

聚焦场自旋-轨道角动量相互作用的研究进展北大核心CSCD

光同时具有自旋和轨道角动量属性,它们分别与光的偏振和相位分布相关。在傍轴条件下,光的自旋和轨道角动量在自由空间传输过程中是相互独立且各自守恒的。而在非傍轴条件下,如紧聚焦或者散射光场中,光的自旋与轨道角动量之间会发生相互耦合和转化。其中,紧聚焦场中自旋与轨道角动量的相互作用由于广泛涉及光学捕获、显微和探测等应用领域,近年来受到广泛关注。综述了紧聚焦场中自旋、轨道角动量理论计算方法,自旋-轨道角动量相互作用与入射结构光场的关系以及最新的相关应用研究进展。     

耦合对环形相控阵生成涡旋电磁波的影响

该文研究了环形天线阵列生成具有轨道角动量的微波频段涡旋电磁波的过程中,天线阵列单元间的耦合对生成的涡旋电磁波的模式的影响.通过理论分析,以及基于矩量法的全波电磁数值计算,给出了在一定的条件下,耦合对生成的涡旋电磁波的模式数的影响.结果表明,当存在耦合的旋转对称性时,耦合不会对涡旋波的生成造成影响;而当不存在耦合的旋转对称性时,单元间耦合会使生成的涡旋波偏离理想结果.耦合对涡旋波的影响程度敏感于模式数、环形阵列半径、观测点方位.基于文中的参数,即使相邻单元间距大于两个波长,耦合也可能使模式数改变14%以上.     

光束截面角动量的轴向分量是守恒量

证明了对于在真空中稳态传输的光束来说，其光束截面角动量的轴向分量、角动量平方的轴向分量都是与ｚ无关的守恒量；此外还把这一结果推广到傍轴旋对称ＡＢＣＤ光学系统；并对一些与角动量有关的问题进行了讨论。     

多重旋转对称结构光子晶格的实验研究

采用光诱导光子晶格的方法,利用3孔、4孔、5孔、8孔和12孔掩模在掺铁铌酸锂晶体中写入多重旋转对称结构的二维光子晶格。基于干涉理论,对多孔掩模干涉图样进行了数值模拟。通过实验成功地观测到了3孔、4孔、5孔、8孔和12孔布里渊区和远场衍射,并分析了布里渊区与远场衍射的对应关系,实验结果表明光子晶格图样和数值模拟一致。传统观测布里渊区的方法需要使用旋转漫反射器,观测布里渊区和写入晶格是不同的光路,而本方法只需在写入光路中加入衰减器便可观测到布里渊区,较之前的诸方法更为简单、稳定、易于调节。     

电磁场的内禀角动量

电磁场流体模型理论的基本点是把电磁场运动区分为轨道运动与内禀运动两部分。本文试图从内禀运动部分引出内禀角动量的概念。为此,建立了(虚数)算符;导出了电磁场的自旋角动量与内禀角动量的关系。     

稀磁半导体ZnX∶Co2+光磁性质的双共价因子和双ξ模型

考虑到d电子t2g轨道与eg轨道局域性的差异,用双共价因子研究了掺Co2+的共价晶体ZnX(X=S,Se)的光学吸收谱.在研究顺磁g因子时,除考虑中心离子的旋-轨耦合贡献外,还计及配体的旋-轨耦合贡献(双ξ模型).研究表明,计算结果与实验值吻合得很好,对于一些共价性较强的化合物晶体,该方法更加有效.     

FET－SEED灵巧像素光开关结点的设计

采用ＦＥＴ－ＳＥＥＤ灵巧像素技术分别设计出了直接控制方式下（２，１，１）结点（或２×１结点），直接控制和嵌入控制方式下（２，２，２）结点及２×２结点，为制作这些器件提供了依据。     

晶体微粒光致旋转的角速度受其厚度影响分析

从理论上分析了光束自旋角动量使晶体微粒光致旋转的原理。基于MATLAB模拟了不同激光功率下晶体微粒的厚度与其旋转角速度的变化关系,并给出了同一激光功率下不同厚度的晶体微粒获得最大旋转角速度时的理论数据。该结果对实验中如何有效地提高晶体微粒的旋转角速度有一定的指导意义。     

拉盖尔-高斯波束在弱湍流海洋中轨道角动量传输特性变化

瑞托夫近似方法被用于分析研究弱湍流对海水环境中拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian, LG)波束轨道角动量模式探测概率、串音概率以及螺旋谱分布的影响.结果表明:海洋湍流对轨道角动量的影响明显强于大气湍流, 海水环境中LG波束信号轨道角动量模式有效传输距离只有几十米;海洋湍流明显导致信号轨道角动量模式探测概率下降, 轨道角动量模式串音变强, 螺旋谱严重扩展;海洋湍流的影响随着轨道角动量角向模式、径向模式增加, 以及发射波长减小而增强.虽然较长的波长能降低海洋湍流影响, 但考虑到海水的散射和吸收作用, 蓝绿波长仍然是最佳选择.     

光子交换技术的前景简述

本文首先指出光纤通信向全光网推进的趋向，认真研究光子交换技术的必要性。其后简单说明光子交换有关的波分多路／波分多址系统，空分交换器，交叉连接结点，波长路由器和波长转换器，光电子集成／光子集成技术。最后给出作者个人见解的结论．     

光ATM交换技术异军突起

光ＡＴＭ交换是光交换网络和ＡＴＭ交换结构相结合而形成的一种颇具潜力的交换技术。本文分析了光ＡＴＭ技术产生的背景，描述基于使用超短光脉冲的广播－和－选择星形网络以及基于使用光矩阵交换的超正方体网络这两类信元交换结构，介绍了实现光ＡＴＭ交换的几项关键技术：超速信元产生、全光地址匹配和全光同步，探讨光交换技术未来的发展趋势和前景。     

轨道角动量技术在无线通信中的应用

智能终端的普及以及移动互联网应用的蓬勃发展,使容量需求与频谱资源短缺的矛盾日益突出。轨道角动量可以在不增加系统带宽的情况下,极大地提高系统容量,引起业内广泛关注。本文分析了轨道角动量的工作原理,介绍了轨道角动量技术在无线通信中的研究进展,探讨了轨道角动量在无线通信中应用所面临的问题及挑战。     

新型InP基光子轨道角动量集成光源设计与仿真

利用光子轨道角动量(OAM)可以大幅度提高通信系统的频谱效率和容量,从而满足未来通信容量不断增长的需求.以InP基半导体外延材料为基础,设计了一种将分布反馈(DFB)半导体激光器与OAM光转换器件集成在一起的有源半导体OAM光束发射器,并对这种结构进行了参数设计和模型仿真.     

集成OAM光束发射器模式纯度仿真分析

本文通过FDTD仿真和偶极子建模仿真对不同OAM发射结构的模式纯度、模斑半径、辐射能量密度等参数进行了研究，并且分析了阶数、背向散射、耦合损耗等因素对模式纯度的影响。     

双芯光子晶体光纤耦合长度研究

利用光束传播法模拟了光波在不同结构的双芯光子晶体光纤内的传输状况,并计算了其耦合长度。分析了耦合长度随光波长、孔半径变化的一般规律;当双芯光子晶体光纤的结构一定时,耦合长度随波长增大而减小;孔间距和波长不变时,耦合长度随空气孔半径增大而增大。     

酵母细胞在涡旋光阱中的旋转动力学研究

利用液晶空间光调制器对高斯光束进行相位调制后可生成涡旋光束。因涡旋光束本身具有轨道角动量,酵母细胞被光阱捕获后会绕其中心旋转,对酵母细胞旋转的时序信号图进行傅里叶变换后可测出酵母细胞在光阱中的旋转角速度。详细讨论了酵母细胞旋转角速度随激光功率、拓扑荷以及捕获高度的变化关系。实验结果表明,酵母细胞的旋转角速度与激光功率成正比,与拓扑荷的平方成反比;捕获高度在14μm时角速度达到最大值;细胞在涡旋光阱中的旋转方向可由拓扑荷的符号决定,正号为逆时针旋转,负号为顺时针旋转。此实验结果有望应用在细菌鞭毛马达力矩的测量实验中。