对置双透镜聚焦系统中纽结焦场的研究

Focused fields of some incident fields have special distribution of intensity, polarization and phase,enabling some unique behaviors in interaction with matters.A vortex laser beam, for example, can be focused into an annular distribution of intensity,and transfers its optical orbital angular momentum to the trapped particle to drive the particle's orbital motion.This research investigates theoretically and experimentally how to create an extremely special knotted focal field using an opposite double-lens focusing system (also called 4PI focusing system).This focal field has its engergy limited to a three dimensional knot-like tube and makes its energy flow circulating along the central axis of the tube.This knotted focal field can form a special optical trapping potential well, in which micro particles are constrained into the three dimensional knot-like tube and driven by the energy flow to move along the central axis of the tube. By the study of this knotted focal field, it is hoped to better our understanding of special optical fields and provide a new method of optical trapping for exploring microcosm.

某些入射光场的聚焦场具有特殊的强度、偏振和相位分布，在与物质相互作用时，可以展示一些奇特的性质。如涡旋光束在聚焦后可以形成环形聚焦，在和被捕获的微粒作用时可以将光学轨道角动量传递给微粒，从而驱使微粒做轨道运动。本项目将从理论和实验上研究如何利用对置双透镜聚焦系统（也称4PI聚焦系统）实现一类奇特的纽结焦场。这种纽结的焦场的能量（强度）集中于一个三维纽结形状的管道中，而场的能流沿着管道的中轴线流动。这种纽结焦场对微粒具有独特的光学捕获作用：微粒被束缚在三维纽结管道中的同时，在能流作用下沿着管道轴线运动。通过对于这种纽结焦场的研究，提高对一些特殊光场的认识，为探索微观领域提供一种新的光学操控方法。

某些入射光场在聚焦场具有特殊的强度、偏振和相位分布，在与物质相互作用时，可以展示一些奇特的性质。如涡旋光束在聚焦后可以形成环形聚焦，在和被捕获的微粒作用时可以将光学轨道角动量传递给微粒，从而驱使微粒做轨道运动。本项目从理论和实验上研究如何利用对置双透镜聚焦系统（也称4PI 镜聚焦系统）实现具有拓扑结构的焦场，如三叶结焦场。.在项目执行期间，取得以下成果：理论上在双透镜（4PI）系统中实现了纽结状的聚焦场，并给出了相应的入射场分布。与项目的预期理论目标比较，获得的结果更一般，不但实现了类似三叶结的焦场，其截面形状可以在一定程度上进行调制。例如，可以实现空心三叶结。实验方面，已经实现了利用纯相位的空间光调制器（SLM）对光场的复振幅调制来产生复杂焦场，并在在单透镜聚焦系统中进行了测量。.这种纽结焦场对微粒具有独特的光学捕获作用：微粒被束缚在三维纽结管道中，同时在能流作用下沿着管道轴线运动。通过对于这种纽结焦场的研究，提高对一些特殊光场的认识，为探索微观领域提供一种新的光学操控方法。