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沿任意轨迹可控偏振的结构光束 结构光是指在空间和时间上都经过 "定制 "的光场，其特点是振幅、相位和偏振状态在空间和时间上的独特分布。 偏振在结构光束中起着至关重要的作用。除了在单个横向平面上控制偏振外，在纵向结构光光束中沿传播方向控制偏振也是一个重要方面。 目前的研究主要集中在沿光轴控制光束的偏振。然而，这极大地限制了纵向结构光束偏振的空间自由度。 值得探讨的是，是否有可能摆脱光轴的限制，沿着空间中的任何传输轨迹控制偏振。这可能会产生偏振沿任意轨迹变化的结构光束，为创造定制的空间结构光提供新的可能性。 在发表于《光电科学》（Opto-Electronic Science）的一项研究中，研究人员利用三层金属元表面生成了具有沿任意空间轨迹变化的偏振结构光束。  结构光束设计理念示意图。 为了实现这些定制的空间结构光，研究人员首先在输入平面上设计了一个相位调制函数，该函数由一系列中心移动的膨胀圆环组成。传播轨迹曲线由这些移动圆环在输入平面上发出的锥形光束汇聚而成。 其次，通过控制与移动圆环相对应的正交偏振光束分量的振幅和相位差，可以实现预定传播轨迹上每一点的偏振控制。 按照预设的螺旋传输轨迹，他们设计了沿普安卡莱球赤道线从 15°到 75°连续变化的结构光偏振，以及沿北半球赤道从 15°到圆偏振再到 75°连续变化的结构光偏振。 利用太赫兹焦平面成像系统获得了不同传输距离 z 下电场分量 Ex 和 Ey 的强度、振幅和相位差。在元面调制下，出现了一个高亮度主叶，周围有几个侧叶，光场的整体强度分布类似于零阶贝塞尔函数。  沿螺旋传输轨迹具有线性纵向偏振变化的结构光束的实验结果  沿螺旋传输轨迹具有非线性纵向偏振变化的结构光束的实验结果 通过观察不同传输距离 z 下的光场强度分布，他们发现光束的主叶在 5 毫米到 15 毫米的连续范围内逆时针旋转，Ix 逐渐减小，Iy 逐渐增大。 不同的是，在 5 毫米到 15 毫米的范围内，两束结构光之间的 Ex 和 Ey 相位差分别从 0 到 -π 逐渐变化，与合成的偏振态相对应，这与理论模拟结果一致。 具有纵向偏振变化的任意轨迹结构光束提案为连续调节非轴向传输的空间结构光束的特性提供了一种实用方法，并为创建定制的空间结构光束开辟了新的可能性。这项技术可用于光学加密、粒子操纵和生物医学成像。 相关链接：https://phys.org/news/2024-06-polarization-arbitrary-trajectories.html 分享到：
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