結(jié)構(gòu)光及其應(yīng)用

基于近來在制造具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)光束以及對(duì)物質(zhì)進(jìn)行非接觸型光學(xué)操控領(lǐng)域的新進(jìn)展，《現(xiàn)代光子學(xué)系列譯叢：結(jié)構(gòu)光及其應(yīng)用》詳細(xì)介紹了該領(lǐng)域的新理論、新方法及新應(yīng)用。詳盡討論了一些獨(dú)特光束的特性，例如光學(xué)漩渦和其他的波前結(jié)構(gòu)，相關(guān)的相位性質(zhì)和光子性質(zhì)，以及從冷卻原子操控到光學(xué)操控微機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用。

《結(jié)構(gòu)光及其應(yīng)用》正是一部深入闡述光的軌道角動(dòng)量的權(quán)威著作。它全新地詮釋了“結(jié)構(gòu)光學(xué)”這一研究領(lǐng)域，并詳細(xì)地介紹了該領(lǐng)域的研究方向和應(yīng)用前景。本書從光的電磁場(chǎng)及量子理論出發(fā)，闡述了光的相位結(jié)構(gòu)、角動(dòng)量、渦旋等，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)分析了結(jié)構(gòu)光與物質(zhì)相互作用的動(dòng)力學(xué)原理及其在微操縱領(lǐng)域的應(yīng)用，并進(jìn)一步介紹了光子軌道角動(dòng)量在生物微流變、量子通信領(lǐng)域及冷原子操縱領(lǐng)域中的研究現(xiàn)狀。

圖片:s29454758.jpg

前言

第一章 相位結(jié)構(gòu)電磁波概述

1．1 簡介

1．2 拉蓋爾一高斯光束和軌道角動(dòng)量

1．3 貝塞爾和馬蒂厄光束

1．4 波動(dòng)方程的一般解

1．5 經(jīng)典還是量子？

1．6 用透鏡和全息圖產(chǎn)生拉蓋爾一高斯光束

1．7 相干性：空間與時(shí)間

1．8 基組間的轉(zhuǎn)換

1．9 總結(jié)

參考文獻(xiàn)

第二章 光學(xué)中的角動(dòng)量和渦旋

2．1 簡介

2．2 場(chǎng)和粒子的經(jīng)典角動(dòng)量

2．2．1 粒子和輻射的角動(dòng)量

2．2．2 角動(dòng)量各部分的變化率

2．3 輻射角動(dòng)量分解為L和S

2．3．1 經(jīng)典描述

2．3．2 量子運(yùn)算符

2．4 多極場(chǎng)及其渦旋結(jié)構(gòu)

2．4．1 球形多極場(chǎng)

2．4．2 圓柱形多極場(chǎng)

2．5 單色傍軸光束的角動(dòng)量

2．5．1 傍軸近似

2．5．2 單色光的角動(dòng)量

2．5．3 均一的軌道角動(dòng)量和自旋角動(dòng)量

2．5．4 非均勻偏振

2．6 傍軸光束的量子描述

2．6．1 傍軸場(chǎng)的量子運(yùn)算符

2．6．2 自旋和軌道角動(dòng)量的量子運(yùn)算符

2．7 非單色傍軸光束

2．7．1 非單色光束的角動(dòng)量

2．7．2 旋轉(zhuǎn)偏振的自旋

2．7．3 旋轉(zhuǎn)模式圖樣的軌道角動(dòng)量

2．7．4 非均勻偏振旋轉(zhuǎn)的角動(dòng)量

2．8 經(jīng)典傍軸光束的運(yùn)算符描述

2．8．1 傍軸光束的Dirac符號(hào)

2．8．2 傍軸光束和量子諧振子

2．8．3 模式的升降算符

2．8．4 軌道角動(dòng)量和Hermite-Laguerre球體

2．9 光學(xué)渦旋動(dòng)力學(xué)

2．9．1 不變的模式圖樣

2．9．2 同方向渦旋的旋轉(zhuǎn)圖樣

2．9．3 渦旋的產(chǎn)生和湮滅

2．10 總結(jié)

參考文獻(xiàn)

第三章 奇點(diǎn)光學(xué)及其相位特性

3．1 基本相位奇點(diǎn)

3．2 復(fù)合渦旋光束

3．3 非整數(shù)渦旋光束

3．4 傳播動(dòng)力學(xué)

3．5 總結(jié)

致謝

參考文獻(xiàn)

第四章 納米光學(xué)：粒子間作用力

4．1 簡介

4．2 光誘導(dǎo)對(duì)力的量子電動(dòng)力學(xué)描述

4．2．1 量子學(xué)基礎(chǔ)

4．2．2 幾何結(jié)構(gòu)的定義

4．2．3 斜圓柱對(duì)

4．2．4 共線對(duì)

4．2．5 圓柱體平行對(duì)

4．2．6 球形粒子

4．2．7 拉蓋爾一高斯光束中的球形粒子

4．3 應(yīng)用綜述

4．4 討論

致謝

參考文獻(xiàn)

第五章 近場(chǎng)光學(xué)微操縱

5．1 引言

5．1．1 什么是近場(chǎng)？

5．1．2 用于近場(chǎng)和引導(dǎo)（初步研究）的歲

5．2 近場(chǎng)俘獲的理論考量

5．3 近場(chǎng)中粒子引導(dǎo)和俘獲實(shí)驗(yàn)

5．3．1 近場(chǎng)表面引導(dǎo)和俘獲

5．3．2 使用全反射物鏡進(jìn)行俘獲

5．3．3 采用光波導(dǎo)的微操作

5．4 亟需研究的近場(chǎng)課題

5．4．1 近場(chǎng)中光力誘導(dǎo)的微粒自組裝

5．4．2 基于先進(jìn)光子架構(gòu)的近場(chǎng)俘獲

5．5 結(jié)論

致謝

參考文獻(xiàn)

第六章 全息光鑷

6．1 簡介

6．2 舉例構(gòu)建光阱擴(kuò)展陣列的基本原理

6．3 實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)

6．3．1 標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)系統(tǒng)

6．4 全息光阱的算法

6．4．1 隨機(jī)掩模編碼

6．4．2 疊加算法

6．4．3 Gerchberg-saxton算法

6．4．4 直接搜索算法和模擬退火法

6．4．5 總結(jié)

6．4．6 創(chuàng)建擴(kuò)展光學(xué)勢(shì)能圖譜的可替代手段

6．5 全息光鑷的未來

致謝

參考文獻(xiàn)

第七章 利用結(jié)構(gòu)光進(jìn)行原子和分子操縱

7．1 簡介

7．2 概要

7．3 軌道角動(dòng)量向原子和分子的轉(zhuǎn)移

7．4 多普勒力和扭矩

7．4．1 基本形式

7．4．2 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)

7．4．3 穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)

7．4．4 偶極電位

7．5 多普勒頻移

7．5．1 軌跡線

7．5．2 多光束

7．5．3 二維和三維粘團(tuán)

7．6 液晶的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)

7．7 討論和總結(jié)

致謝

參考文獻(xiàn)

第八章 光渦旋俘獲及粒子自旋動(dòng)力學(xué)

8．1 引言

8．2 光俘獲的計(jì)算電磁模型

8．3 電磁角動(dòng)量

8．4 傍軸和非傍軸光渦旋中的電磁角動(dòng)量

8．5 非傍軸光渦旋

8．6 渦旋光束俘獲

8．7 對(duì)稱與光扭矩

8．8 零角動(dòng)量光渦旋

8．9 高斯“縱向”光束渦旋

8．10 總結(jié)

參考文獻(xiàn)

第九章 光鑷下的粒子自旋

9．1 簡介

9．2 使用光強(qiáng)整形光束來導(dǎo)向和旋轉(zhuǎn)俘獲的物體

9．3 光鑷到粒子的角動(dòng)量傳遞

9．4 光鑷下的面外自旋

9．5 光鑷中螺旋形粒子的自旋

9．6 光鑷下自旋控制的應(yīng)用

第十章 流變方法與粘度測(cè)量方法

10．1 簡介

10．2 光學(xué)扭矩測(cè)量

10．2．1 自旋角動(dòng)量測(cè)量

10．2．2 測(cè)量軌道角動(dòng)量

10．3 基于旋轉(zhuǎn)光鑷的測(cè)微粘度計(jì)

10．3．1 基于自旋測(cè)微粘度計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置

10．3．2 結(jié)果與分析

10．3．3 用于微粘度測(cè)量的軌道角動(dòng)量

10．4 應(yīng)用

10．4．1 皮升粘度測(cè)量

10．4．2 醫(yī)學(xué)樣品

10．4．3 流場(chǎng)測(cè)量

1O．5 總結(jié)

參考文獻(xiàn)

第十一章 量子通信和量子信息中的軌道角動(dòng)量

11．1 量子信息的發(fā)送與接收

11．1．1 糾纏軌道角動(dòng)量態(tài)的產(chǎn)生

11．1．2 單光子級(jí)別軌道角動(dòng)量量子態(tài)探測(cè)

11．1．3 固有安全性（intrinsic security）

11．2 軌道角動(dòng)量量子態(tài)空間探索

11．2．1 軌道角動(dòng)量量子態(tài)的疊加態(tài)

11．2．2 糾纏疊加態(tài)的產(chǎn)生

11．2．3 軌道角動(dòng)量信息的存儲(chǔ)

11．3 量子協(xié)議

11．3．1 高維度的優(yōu)勢(shì)

11．3．2 通信方案

11．4 總結(jié)與展望

致謝

參考文獻(xiàn)

第十二章 超冷原子的光學(xué)操縱

12．1 背景

12．2 光力與原子阱

12．3 量子氣：玻色一愛因斯坦凝聚體

12．3．1 原子云中的玻色愛因斯坦凝聚

12．3．2 凝聚及其描述

12．3．3 量子氣體相位印跡

12．4 冷原子的光致規(guī)范勢(shì)

12．4．1 背景

12．4．2 光場(chǎng)中原子絕熱運(yùn)動(dòng)的一般形式

12．5 A體系的光致規(guī)范勢(shì)

12．5．1 概述

12．5．2 絕熱條件

12．5．3 有效矢量勢(shì)和俘獲勢(shì)

12．5．4 攜帶軌道角動(dòng)量的同向傳播光束

12．5．5 移動(dòng)的橫向剖面的相向傳播光束

12．6 三腳架型原子的光致規(guī)范場(chǎng)

12．6．1 概述

12．6．2 S12-0的情況

12．7 光致規(guī)范勢(shì)中冷原子的超相對(duì)論行為

12．7．1 引言

12．7．2 公式表達(dá)

12．7．3 冷原子的準(zhǔn)相對(duì)論行為

12．7．4 實(shí)驗(yàn)研究

12．8 結(jié)語

參考文獻(xiàn)

索引