周期排列共振激活介质的光子晶体原理、制备、表征与光学特性研究

前言由中国物理学会光物理专业委员会和中国光学学会基础光学专业委员会主办的第十二届基础光学与光物理讨论会于2006年11月24日至28日在成都举行。来自国内大学和研究机构的50多位代表出席了会议。研讨会上报告的论文有30余篇,这些论文都是作者和作者所在研究组的最新研究成果。这里发表的是部分论文及报告的摘要。     

基于人工免疫算法的里奥型液晶调谐滤波器优化设计

为满足液晶可调谐滤波器（Liquid Crystal Tunable Filter, LCTF）滤波性能和多参数优化的需求，本文提出了一种基于人工免疫算法（Immune Algorithm, IA）的里奥（Lyot）型LCTF优化设计方法。该方法以Lyot型LCTF的光透过率、透射主峰的半高宽（Full Width at Half Maximum, FWHM）、截止区旁瓣抑制（Side Lobe Suppression, SLS）等滤波器基本光谱性能指标为评价函数，基于特定评价函数约束下的全局寻找LCTF最佳液晶盒厚度和驱动电压配置参数组合进行优化设计。仿真结果表明，IA算法优化后的LCTF与传统Lyot型LCTF相比，旁瓣抑制效果提升了73.42%，整体滤波效果提升了13.90%，同时用可调控评价函数权重来实现滤波器性能的智能调控以满足不同应用场景需求。该设计方法可避免传统滤波器对器件厚度线性精度的严重依赖，不仅在液盒厚度、级数选择上更加灵活，可改善光谱响应时间和光透过率，而且省略了繁琐的实验调试工作量，具有一定的研发高效性、实用性以及经济性。     

浴帘效应的模型发展及应用扩展（特邀）

散斑（自）相关和波前调制等成像技术是克服非均匀介质散射影响的高效并重要的光学成像手段。而该类技术依赖于光学记忆效应,因此视场有限且动态介质会退化其成像质量。浴帘效应是一种常见且不受散射介质动态变化和视场限制的效应。近年来,随着多种计算成像技术的发展,浴帘效应也被融合到其他克服散射的成像恢复技术中并应用于不同散射成像场合,已经展现出相较传统散射成像技术的独特优势。文中概括浴帘效应的物理模型演变,从调制传递函数出发,综述光学厚度、孔径大小等因素对浴帘效应的影响,介绍浴帘效应和傅里叶域浴帘效应在散射成像领域的应用。讨论傅里叶域浴帘效应与其他基于相位迭代算法成像技术的区别与联系,展望其与其他计算成像技术结合的可能。     

基于贝塞尔光束的复合光场调控超衍射聚焦

新型光场调控技术已经在焦场调控、光学微加工、光学微操纵和光通信等领域取得了众多重要成果。提出了一种基于贝塞尔光束的复合光场调控方案,利用贝塞尔光束固有角谱和环形光阑的锐边衍射实现了远距离的超衍射极限聚焦。理论和实验结果表明,轴棱锥-透镜系统生成的局域空心光束经环形光阑产生锐边衍射,其高频成份得到增强,从而具有超衍射聚焦特性。该局域聚焦光场与周围旁瓣光场距离很远,有望应用于远场超分辨显微成像和光镊等领域。     

基于液晶器件的同轴复合涡旋光束的产生及调控

传统的多涡旋光束多为离轴光束,需要更精密的镜头、光路复杂且成像质量差,限制了其应用。本文设计并制备了一种基于液晶器件的复合q-plate,其透射效率大于95%,同时可生成同轴复合涡旋光束。通过理论和实验证明了该器件生成的复合涡旋光束的传播特性,该光束具有自旋和长距离衍射后自愈等新颖的衍射现象,生成的同轴复合涡旋光束避免了传统多涡旋光束离轴的缺点。此研究为粒子捕获和操控、光信息处理、光学加密和光学测量等领域的应用提供了全新的手段。     

第十二届基础光学与光物理讨论会论文摘要集—周期排列共振激活介质的光子晶体原理、制备、表征与光学特性研究

光子晶体中光传播特性研究是物理学研究的前沿热点之一。近年来，以共振吸收或放大介质的周期排列所形成的共振激活光子晶体的研究不断见诸报道。此类光子晶体的特点是，该晶体的折射率之差是由周期排列的原子在共振吸收峰附近的剧烈色散相干叠加所提供，它除了表现出类似被动周期结构的光子带隙外，还具有由于原子和激子的层间耦合导致的能级移动、吸收的布拉格压缩以及光学开关特性等。我们的数值模拟表明：利用超短激光脉冲可激发-维共振结构的禁带光孤子，光子可减速、存储与受控释放；零速超短脉冲还可以增强受激拉曼散射效率。     

基于液晶器件的不同阶混合阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的随意产生与切换

通常用混合阶庞加莱球的方法描述任意矢量涡旋光束，该方法可以使其偏振与相位演化的物理过程变得更加直观。目前，人们常用空间光调制器、超表面与螺旋相位板的组合、激光谐振腔等来产生矢量涡旋光束。然而，这些方法所产生的光束通常只限于特定的偏振态，且具有低损伤阈值、低转换效率和大结构尺寸等缺点，并且这些方法通常只能实现同一混合阶庞加莱球上的适量涡旋光束的产生与切换。本文提出了一种利用电控可调液晶q板和波片通过纯电控手段来实现两个不同阶混合阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的随意产生与切换。通过理论和实验对其结果进行验证，与预期仿真结果基本保持一致。此方法具有良好的电可控性、集成性好、转换效率高等优点，并且可以为结构化光束的应用提供基本的光学系统支持。     

面向光信息存储的小尺寸光场研究进展

人类社会正处于信息爆炸的大数据时代，迅速膨胀的数据在持续高速增加，需要越来越大的存储容量来承载。高密度光存储技术具有非接触、抗电磁干扰、存储密度高等优点，为更好地存储、处理、分析每天产生的海量数据提供了优质方案。然而，光储存记录点的尺寸受到衍射极限的限制，传统光存储技术的存储密度难以大幅提升。近年来，随着多参量光场调控技术的发展，高数值孔径物镜聚焦下的结构化光场有了更新颖的结构、更丰富的维度和更小的尺寸，为高密度光存储提供了更多选择。本文将综述光场调控技术在紧聚焦焦场上的最新成果，介绍实现空间紧聚焦焦场的理论设计、模拟、实验、高效生成器件和应用。这些成果将会更好地服务于高密度光存储技术的研究与应用。