渦旋是自然界最常見的現(xiàn)象之一，它普遍存在于水绵估、云和氣旋等經(jīng)典宏觀系統(tǒng)中显晶，也存在于超流體、超導(dǎo)體和玻色-愛因斯坦凝聚等微觀系統(tǒng)中壹士，被認(rèn)為是波的一種固有形態(tài)特種磷雇。
光學(xué)渦旋簡介
摘要：渦旋是自然界最常見的現(xiàn)象之一唯笙，它普遍存在于水、云和氣旋等經(jīng)典宏觀系統(tǒng)中盒使，也存在于超流體崩掘、超導(dǎo)體和玻色-愛因斯坦凝聚等微觀系統(tǒng)中，被認(rèn)為是波的一種固有形態(tài)特種少办。
一苞慢、光學(xué)渦旋的發(fā)現(xiàn)
人們在研究潮汐運動時，發(fā)現(xiàn)在潮汐的渦旋中存在一種特殊點英妓。當(dāng)潮汐與等潮線接觸時挽放，潮汐峰就行消失。通過這一現(xiàn)象可以看出蔓纠，在潮汐波中存在奇點辑畦，即光學(xué)渦旋。消球差透鏡的焦平面處會形成一種奇異環(huán)腿倚，證實光波場中也存在光學(xué)渦旋纯出。1973年，Carter利用計算機對奇異環(huán)的特性進(jìn)行模擬研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)光束受到輕微擾動時暂筝，就可以使得奇異環(huán)產(chǎn)生或消失箩言。1974年Nye等在散斑場的研究中發(fā)現(xiàn)海水聲波中存在相位奇點，并將奇點的概念推廣到電磁波的領(lǐng)域焕襟。1981年分扎，Baranova等發(fā)現(xiàn)在激光光斑上存在隨機分布的光學(xué)渦旋，并通過實驗發(fā)現(xiàn)在一定條件下胧洒，散斑光場中產(chǎn)生光學(xué)渦旋的概率是可以測定的畏吓，但是不會產(chǎn)生高階拓?fù)浜蓴?shù)的光學(xué)渦旋場。1992年卫漫，Swartzlander等通過理論和實驗研究發(fā)現(xiàn)菲饼，在自聚焦介質(zhì)中存在光學(xué)渦旋孤子，且光學(xué)渦旋孤子在傳輸過程中與非線性介質(zhì)會產(chǎn)生相互作用列赎，這一發(fā)現(xiàn)對光學(xué)渦旋的傳播具有很大的貢獻(xiàn)宏悦。1998年，Voitsekhovich等在一定欺負(fù)條件下包吝，詳細(xì)研究了相位奇點數(shù)目密度的特性饼煞，結(jié)果表明相位奇點數(shù)目密度具有一定的統(tǒng)計分布，并不是一個特定的值诗越，并且統(tǒng)計分布與振幅空間導(dǎo)數(shù)的概率分布有關(guān)砖瞧。
圖1.渦旋光示意圖
二、光學(xué)渦旋的探索
到了21世紀(jì)嚷狞，由于光學(xué)渦旋所涉及的研究領(lǐng)域進(jìn)一步拓展块促，人們對光學(xué)渦旋的認(rèn)識達(dá)到了一個新的高度。渦旋光作為波動的一種形式床未，不僅具有自旋角動量竭翠，而且具有由于螺旋形的相位結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的軌道角動量（orbital angular momentum,OAM）。這種攜帶OAM的光束被稱為“光學(xué)渦旋”薇搁。光學(xué)渦旋是一種特殊的光場斋扰，它的特殊性主要表現(xiàn)在其特殊的波前結(jié)構(gòu)和確定的光子OAM上。通過光學(xué)渦旋場中光子OAM對原子啃洋、分子传货、膠體顆粒等物質(zhì)的傳遞，可實現(xiàn)對微觀粒子的亞接觸裂允、無損傷操縱损离；同時哥艇，渦旋光束因其具有拓?fù)浜蓴?shù)绝编，在射頻以及量子保密通信等領(lǐng)域也具有重要的潛在應(yīng)用價值。
結(jié)語：渦旋光束在理論上具有無限維度，拓?fù)浜蓴?shù)取值可由負(fù)無窮到正無窮十饥，且可取整數(shù)或分?jǐn)?shù)窟勃，OAM這種特性為其在OAM復(fù)用和高維量子通信提供了理論依據(jù)。
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