緊聚焦混合階龐加萊光的自旋密度

孫宏 董光炯

摘要：龐加萊光自旋密度分布的研究不僅有著實際的工程應用意義，還對認識光的本性有著重要的意義.研究了緊聚焦的混合階龐加萊光的自旋密度，發現它不僅有橫向分量，還有縱向分量;與最近的研究總縱向自旋為零的緊聚焦滿龐加萊光束不同，其縱向總自旋不等于零.緊聚焦的混合階龐加萊光的自旋密度具有豐富的可調控的空間斑圖，特別是縱向自旋密度可以是環形，還可以是正多邊形等.這些特征可用于手性微粒的光力學分離和操控，也可用于產生等效磁場操控超冷旋量原子氣體動力學.

關鍵詞：混合階龐加萊光;緊聚焦;自旋密度

中圖分類號：0436.1

文獻標志碼：A

DOI： 10.3969/j.issn.1000-5641.201922012

0 引 言

偏振是光場一個重要的特性.通常的偏振光雖然可以用橢圓偏振曲線表示，但是卻無法區分簡并的偏振態.因此1892年，龐加萊（Poincare）引入幾何表示方法，把Stokes參數映射到單位球上[1];這個球，現在稱為龐加萊球.偏振是光子自旋角動量的反應[2]，利用龐加萊球可以方便研究光場的自旋特征.在過去的30年里，由于激光技術的發展，矢量渦旋光越來越受到重視.矢量渦旋光，不僅具有自旋角動量，還具有軌道角動量[3-4].因此通常的龐加萊球表示技術不能描述這類光束.為解決這個問題，Milone等提出了高階龐加萊球的表示方法[5];然而他們的方法仍然局限于特定的矢量渦旋光.2015年，混合階龐加萊球被提出[6]，這樣任意的矢量渦旋光都可以在龐加萊球上表示出來.現……