光学黑科技—光场调控

爱因斯坦说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象力是科学研究中的实在因素。”

       好！“光束”——大家都知道吧，那我们就来想象一下：比如说，光束可以沿曲线传播吗？

图  椭圆螺旋光束实现原理示意图

光束可以用来移动和牵引物体吗？光束可以变成一连串的光子弹吗？

图 一束光和一发发的光子弹

是不是觉得有点天方夜谭呢！

但是，这些貌似只在科幻电影中才出现的场景被科学家们证实是可行的，这一切归功于“光场调控”这项技术，正是通过这门“绝技”科学家们可以对光束做一些超乎你想象的事。

那么问题来了，

什么是“光场调控”呢？

简单来说，光场调控就是通过调制光场的振幅、相位或偏振态空间分布,将传统的高斯光束转换为新颖的空间结构光场。例如：有涡旋状的涡旋光场、有同心圆一样的艾里（Airy）光场、有任意轨迹传输的类贝塞尔（Bessel）涡旋光场等。

这些特殊的结构光场会展现出一系列神奇的功能和效应，通过对光场的调控，就能得到我们想要的光束形状或性能。因此，大大拓展了光学技术的工程应用领域。

如光学涡旋日冕观察仪。

       这是一种能够人为模仿日食的天文仪器，通过引入光学涡旋，可以更准确地研究太阳的日冕和日珥的形态和光谱。

如灵巧光操控。

光镊又称为单光束梯度光阱，光镊操控就是用一束高度汇聚的激光形成的三维势阱来俘获，操纵控制微小粒子。

如光学超分辨成像。

通过在二维（或三维）空间内控制和扫描共轴的激发光束和损耗光束，可以获得二维（或三维）超分辨图像。

图 大分子有机物的光学超分辨成像

目前，对各种新颖空间结构光场的认识和探索已成为当前光学及相关学科领域的一个前沿研究热点，而国内关于光场调控、传输及应用等的研究也是方兴未艾。在各种新型空间结构光场的研究中也涌现出大量高水平的研究成果和学术论文。

为了能够使读者方便了解国内在特殊光场产生、调控、传输及应用技术领域的最新进展，《光学学报》出版了“光场调控、传输及其应用”专题，论文包括：

一、自由空间中偏振调制光场的传输及控制

作者：刘圣，李鹏，章毅，韩磊，程华超，赵建林

摘要：利用PB相位在光场传输过程中实现偏振态变化，分析偏振调制光场的传输和控制原理并总结近年来国内外的相关研究工作进展。

二、激光相干性调控及应用

作者：陈亚红，蔡阳健

摘要：阐述光场相干性基本理论以及发展历程，激光相干性调控引发的物理效应及其基础。

三、基于空间光场调控技术的光学微操纵

作者：梁言生，姚保利，雷　铭，严绍辉，于湘华，李曼曼

摘要：空间光场调控技术的发展及其在光学微操纵中的应用，重点介绍全息光镊、特殊模式光束微操纵、矢量光场微操纵等光学微操纵技术的研究进展。

四、表面等离激元光镊技术

作者：豆秀婕，闵长俊，张聿全，袁小聪

摘要：光镊是捕获与操纵微纳颗粒的重要技术手段，介绍两种表面等离激元的新型光镊技术。

五、基于光取向液晶的光场调控技术

作者：陈　鹏，徐　然，胡　伟，陆延青

摘要：制备二值或渐变的液晶微结构元件，并对入射光场的各个参量维度进行调控，产生了高品质、高效率的涡旋光束、矢量光束和艾里光束。

六、光波弱散射过程中的统计光学特性

作者：王　涛，赵道木

摘要：关于光波弱散射问题的主要研究成果，包括光波散射过程中的光谱变化现象、相干性变化现象、等价理论、互易关系以及光波散射逆问题。

七、激光脉冲整形在微纳光学系统中的应用

作者：褚赛赛，李洪云，王树峰，杨　宏，龚旗煌

摘要：回顾近年来激光脉冲整形与测量技术的发展，综述激光脉冲整形在近场光学、光发射电子显微镜、单分子光谱中的应用研究进展。

八、涡旋光场的集成光子学操控方法

作者：余思远

摘要：使用集成光子器件操纵光学涡旋的理论框架以及最新技术进展。

九、自加速光的调控及其新奇应用

作者：陈志刚，许京军，胡　毅，宋道红，张　泽，赵娟莹，梁　毅

摘要：回顾基于相位调制的自加速光束的研究进展，并着重介绍自加速光在若干领域的新奇应用。