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| 1 | Optical vortices 30 years on:OAM manipulation from topological charge to multiple singularities显示文摘Thirty years ago,Coullet et al.proposed that a special optical field exists in laser cavities bearing some analogy with the superfluid vortex.Since then,optical vortices have been widely studied,inspired by the hydrodynamics sharing similar mathematics.Akin to a fluid vortex with a central flow singularity,an optical vortex beam has a phase singularity with a certain topological charge,giving rise to a hollow intensity distribution.Such a beam with helical phase fronts and orbital angular momentum reveals a subtle connection between macroscopic physical optics and microscopic quantum optics.These amazing properties provide a new understanding of a wide range of optical and physical phenomena,including twisting photons,spin–orbital interactions,Bose-Einstein condensates,etc.,while the associated technologies for manipulating optical vortices have become increasingly tunable and flexible.Hitherto,owing to these salient properties and optical manipulation technologies,tunable vortex beams have engendered tremendous advanced applications such as optical tweezers,high-order quantum entanglement,and nonlinear optics.This article reviews the recent progress in tunable vortex technologies along with their advanced applications. | Yijie Shen Xuejiao Wang Zhenwei Xie Changjun Min Xing Fu Qiang Liu Mali Gong Xiaocong Yuan | 2019 | Light(Science & Applications)2019，8，1： | 77 |
| 2 | Advances in communications using optical vortices显示文摘An optical vortex having an isolated point singularity is associated with the spatial structure of light waves.A polarization vortex(vector beam) with a polarization singularity has spatially variant polarizations. A phase vortex with phase singularity or screw dislocation has a spiral phase front. The optical vortex has recently gained increasing interest in optical trapping, optical tweezers, laser machining, microscopy, quantum information processing, and optical communications. In this paper, we review recent advances in optical communications using optical vortices. First, basic concepts of polarization/phase vortex modulation and multiplexing in communications and key techniques of polarization/phase vortex generation and(de)multiplexing are introduced. Second, free-space and fiber optical communications using optical vortex modulation and optical vortex multiplexing are presented. Finally, key challenges and perspectives of optical communications using optical vortices are discussed. It is expected that optical vortices exploiting the space physical dimension of light waves might find more interesting applications in optical communications and interconnects. | Jian Wang | 2016 | Photonics Research2016，4，5： | 43 |
| 3 | OAM光通信技术研究进展显示文摘涡旋光束携带的轨道角动量(OAM)为光波的空间域提供了新的维度资源,吸引了越来越多研究人员的关注。由于具有不同OAM模式值的涡旋光束相互正交,因此将OAM模式引入传统光通信领域,衍生出两种新的应用机制--OAM键控(OAM-SK)与OAM复用(OAM-DM),这为未来实现高速、大容量及高频谱效率的光通信技术提供了潜在的解决方案。本文将从OAM光束的类别和产生方法等基本概念理论出发,对这两种通信应用机制相关的典型研究案例做简要概述,并重点论述三种关键技术,包括OAM光束复用技术、OAM光束解调技术以及OAM光通信的大气湍流效应抑制技术。最后,对OAM光通信技术的未来发展趋势及其前景进行了分析与展望。 | 郭忠义 龚超凡 刘洪郡 李晶晶 王子坤 杨阳 宫玉彬 | 2020 | 光电工程2020，47，3： | 23 |
| 4 | 面向光纤通信多维复用的光场调控与传输技术显示文摘复杂光场通常是指相位、振幅和偏振等具有特殊分布的结构光场,包括以轨道角动量模式为代表的涡旋光场和以偏振态非均匀分布的矢量光场。利用复杂光场构建多维复用光纤通信系统已成为空分复用光通信技术的研究热点。介绍了通过光纤实现复杂光场产生、调控、传输的方法;简述了新型环形纤芯光纤在低复杂度、短距模式复用光纤通信系统中的应用;介绍了基于Q玻片的短距直接检测矢量模式复用光纤通信系统实验;简要分析了光纤光栅耦合模式转换法,以及利用少模光纤实现一阶和二阶轨道角动量模式的产生方案;同时介绍了利用一维和二维周期渐变相位光栅测量涡旋光场特性的技术方案。光纤损耗和模式串扰是限制基于复杂光场的模式复用光纤通信系统性能的关键因素;基于光纤产生和调控高阶复杂光场仍然具有很大的挑战性。复杂光场模式复用技术作为一种基于光纤本征模式的复用技术,与其相关的研究在未来超大容量模式复用光纤通信系统中具有重要的研究意义和潜在的应用价值。 | 李建平 刘洁 高社成 余思远 李朝晖 | 2019 | 光学学报2019，39，1： | 16 |
| 5 | 超颖表面原理与研究进展显示文摘超颖表面是一种特殊的二维亚波长阵列结构,具有很强的光场调控能力,兼有超薄、低损耗、易加工等优势,表现出广阔应用前景,近些年吸引了广泛的研究兴趣。本文将综述超颖表面的原理与研究进展,简要分析已报道的超颖表面类型,并重点介绍其在广义折反射、偏振转换、光束轨道角动量操控以及计算全息中的应用。超颖表面设计灵活、功能强大,有望在诸多应用中取代传统光电器件。未来基于超颖表面的新型、宽带、高效率、多功能以及主动可调功能器件等将是其重要的发展方向。 | 李天佑 黄玲玲 王涌天 | 2017 | 中国光学2017，10，5： | 12 |
| 6 | 基于液晶空间光调制器的光场调控技术及应用进展(特邀)显示文摘作为电磁波,光场可用振幅、相位和偏振等参量表征,空间光场调控技术通过对这些参量进行调控,生成新颖的空间结构光场。与其它类型调控器件相比,液晶空间光调制器具有衍射效率高、调控单元数目达到百万量级、实时动态调控等优点,已成为空间光场调控的主流器件。介绍了基于液晶空间光调制器的光场调控技术,包括:单参量调控、复振幅调控和多参量联合调控的原理和算法;例举了光场调控技术在全息光镊、光学显微、光信息存储、光学微加工、散射介质后成像、光通信等领域的应用;讨论了该技术面临的问题、发展趋势和发展前景;旨在帮助研究者系统了解基于液晶空间光调制器的光场调控技术的基本知识、最新研究进展和潜在应用,为该领域的科学研究提供参考。 | 周源 李润泽 于湘华 严绍辉 李星 高文禹 刘超 彭彤 杨延龙 闵俊伟 王萍 屈军 姚保利 | 2021 | 光子学报2021，50，11： | 11 |
| 7 | On-chip plasmonic spin-Hall nanograting for simultaneously detecting phase and polarization singularities显示文摘Phase and polarization singularities are important degrees of freedom for electromagnetic field manipulation.Detecting these singularities is essential for modern optics,but it is still a challenge,especially in integrated optical systems.In this paper,we propose an on-chip plasmonic spin-Hall nanograting structure that simultaneously detects both the polarization and phase singularities of the incident cylindrical vortex vector beam(CVVB).The nanograting is symmetry-breaking with different periods for the upper and lower parts,which enables the unidirectional excitation of the surface plasmon polariton depending on the topological charge of the incident optical vortex beam.Additionally,spin-Hall meta-slits are integrated onto the grating so that the structure has a chiral response for polarization detection.We demonstrate theoretically and experimentally that the designed structure fully discriminates both the topological charges and polarization states of the incident beam simultaneously.The proposed structure has great potential in compact integrated photonic circuits. | Fu Feng Guangyuan Si Changjun Min Xiaocong Yuan Michael Somekh | 2020 | Light(Science & Applications)2020，9，1： | 11 |
| 8 | Engineering photonic angular momentum with structured light:a review显示文摘Structured light with inhomogeneous phase,amplitude,and polarization spatial distributions that represent an infinite-dimensional space of eigenstates for light as the ideal carrier can provide a structured combination of photonic spin and orbital angular momentum(OAM).Photonic spin angular momentum(SAM)interactions with matter have long been studied,whereas the photonic OAM has only recently been discovered,receiving attention in the past three decades.Although controlling polarization(i.e.,SAM)alone can provide useful information about the media with which the light interacts,light fields carrying both OAM and SAM may provide additional information,permitting new sensing mechanisms and light–matter interactions.We summarize recent developments in controlling photonic angular momentum(AM)using complex structured optical fields.Arbitrarily oriented photonic SAM and OAM states may be generated through careful engineering of the spatial and temporal structures of optical fields.Moreover,we discuss potential applications of specifically engineered photonic AM states in optical tweezers,directional coupling,and optical information transmission and processing. | Jian Chen Chenhao Wan Qiwen Zhan | 2021 | Advanced Photonics2021，3，6： | 11 |
| 9 | 光场相干测量及其在计算成像中的应用显示文摘光场的相干性是定量衡量其产生显著的干涉现象所具备的重要物理属性。尽管高时空相干性的激光已成为传统干涉计量与全息成像等领域不可或缺的重要工具,但在众多新兴的计算成像领域(如计算摄像、计算显微成像),降低光源的相干性,即部分相干光源在获得高信噪比、高分辨率的图像信息方面具有独特优越性。因此,部分相干光场的“表征”与“重建”两方面问题的重要性日益凸显,亟需引入光场相干性理论及相干测量技术来回答计算成像中“光应该是什么”和“光实际是什么”的两大关键问题。在此背景下,系统地综述了光场相干性理论及相干测量技术,从经典的关联函数理论与相空间光学理论出发,阐述了对应的干涉相干测量法与非干涉相干恢复法的基本原理与典型光路结构;介绍了由相干测量所衍生出的若干计算成像新体制及其典型应用,如光场成像、非干涉相位复原、非相干全息术、非相干合成孔径、非相干断层成像等;论述了相干测量技术现阶段所面临的问题与挑战,并展望了其未来的发展趋势。 | 张润南 蔡泽伟 孙佳嵩 卢林芃 管海涛 胡岩 王博文 周宁 陈钱 左超 | 2021 | 激光与光电子学进展2021，58，18： | 10 |
| 10 | 轨道角动量模式在柚子型微结构光纤中的传输显示文摘研究了轨道角动量(OAM)模式在柚子型微结构光纤(MOF)中的传输。光纤纤芯周围存在一层直径为3μm的柚子型空气孔,由于空气孔与光纤纤芯之间存在较大的折射率差,传输的光被局限在纤芯中,从而形成稳定的传输模式。通过有限元法对光纤中的矢量本征模式进行模拟,得到了模式的有效折射率和模场分布。结果表明,MOF在630nm波长附近可支持10个OAM模式传输,各模式间的有效折射率差达到0.01以上,较大的有效折射率差可抑制光纤中各模式间的相互耦合,从而提高OAM模式在光纤中的传输性能。实验中利用特殊设计的光学旋涡达曼光栅对在光纤中传输1m的OAM_(1,1)和OAM_(-1,1)模式进行解调。 | 乔文 高社成 雷霆 吉虹 阮银兰 谢振威 杨传武 袁小聪 | 2017 | 中国激光2017，44，4： | 10 |
| 11 | 微结构光纤的研究进展及展望显示文摘微结构光纤(MOF)在结构和性能上的优越性引起了国内外光纤研究人员的广泛兴趣,成为光电子学领域的前沿热点,并得到了快速发展。MOF根据结构可分为实芯MOF和空芯MOF,根据传输机理可分为全内反射型MOF、光子带隙型MOF和反谐振MOF等多种类型,在激光技术、光传感技术、光通信技术、光电子集成和光纤器件等领域具有重要应用。本文综述了MOF的发展历程,并对MOF的种类、传输机理、结构设计和拉制进行了全面分析和归纳,为未来MOF的研究及应用提供借鉴。 | 夏长明 周桂耀 | 2019 | 激光与光电子学进展2019，56，17： | 9 |
| 12 | Multiplication and division of the orbital angular momentum of light with diffractive transformation optics显示文摘We present a method to efficiently multiply or divide the orbital angular momentum(OAM)of light beams using a sequence of two optical elements.The key element is represented by an optical transformation mapping the azimuthal phase gradient of the input OAM beam onto a circular sector.By combining multiple circular-sector transformations into a single optical element,it is possible to multiply the value of the input OAM state by splitting and mapping the phase onto complementary circular sectors.Conversely,by combining multiple inverse transformations,the division of the initial OAM value is achievable by mapping distinct complementary circular sectors of the input beam into an equal number of circular phase gradients.Optical elements have been fabricated in the form of phase-only diffractive optics with high-resolution electron-beam lithography.Optical tests confirm the capability of the multiplier optics to perform integer multiplication of the input OAM,whereas the designed dividers are demonstrated to correctly split up the input beam into a complementary set of OAM beams.These elements can find applications for the multiplicative generation of higher-order OAM modes,optical information processing based on OAM beam transmission,and optical routing/switching in telecom. | Gianluca Ruffato Michele Massari Filippo Romanato | 2019 | Light(Science & Applications)2019，8，1： | 8 |
| 13 | 光控取向技术应用于液晶非显示领域的若干进展显示文摘近年来,光取向已成为主流的液晶取向技术。除了在平板显示领域的广泛应用之外,光取向技术在液晶非显示领域也得到了广泛的应用。本文简要综述了南京大学液晶与微纳光学研究组利用一种偶氮苯类光取向剂进行图形化取向,进而实现了液晶光开关、特殊光场产生与调控、退偏器、太赫兹波片等元器件的制备、胆甾相液晶螺旋轴空间排列的控制等非显示应用。 | 邹朋飞 魏冰妍 杨淑蕾 梁晓 陈国飞 陈宽 陆延青 胡伟 | 2017 | 液晶与显示2017，32，6： | 8 |
| 14 | 涡旋光激光器研究进展显示文摘涡旋光是一种横向空间分布的特殊光场,包括相位涡旋光和偏振涡旋光,被广泛应用于天文学、光学操控、显微镜、成像、传感、量子科学和光通信等领域。目前,涡旋光场的产生技术主要采用腔外转换法,但该方法存在明显的局限性,如产生的涡旋光光场的相位不连续。因此,涡旋光激光器具有重要的研究意义。回顾了涡旋光激光器的研究进展,全面综述了不同类型的涡旋光激光器,包括基于分立元器件的涡旋光激光器、基于光纤的涡旋光激光器以及基于集成器件的涡旋光激光器,同时对其未来发展趋势进行了分析和展望。涡旋光激光器有望进一步推动涡旋光在众多领域的广泛应用。 | 刘俊 王健 | 2022 | 中国激光2022，49，12： | 7 |
| 15 | Demonstration of orbital angular momentum channel healing using a Fabry‐Pérot cavity显示文摘 | Shibiao Wei Dapeng Wang Jiao Lin Xiaocong Yuan | 2018 | Opto-Electronic Advances2018，1，5： | 7 |
| 16 | Cylindrical vector beam multiplexer/demultiplexer using off-axis polarization control显示文摘The emergence of cylindrical vector beam(CVB)multiplexing has opened new avenues for high-capacity optical communication.Although several configurations have been developed to couple/separate CVBs,the CVB multiplexer/demultiplexer remains elusive due to lack of effective off-axis polarization control technologies.Here we report a straightforward approach to realize off-axis polarization control for CVB multiplexing/demultiplexing based on a metal–dielectric–metal metasurface.We show that the left-and right-handed circularly polarized(LHCP/RHCP)components of CVBs are independently modulated via spin-to-orbit interactions by the properly designed metasurface,and then simultaneously multiplexed and demultiplexed due to the reversibility of light path and the conservation of vector mode.We also show that the proposed multiplexers/demultiplexers are broadband(from 1310 to 1625 nm)and compatible with wavelength-division-multiplexing.As a proof of concept,we successfully demonstrate a four-channel CVB multiplexing communication,combining wavelength-division-multiplexing and polarization-division-multiplexing with a transmission rate of 1.56 Tbit/s and a bit-error-rate of 10^(−6) at the receive power of−21.6 dBm.This study paves the way for CVB multiplexing/demultiplexing and may benefit high-capacity CVB communication. | Shuqing Chen Zhiqiang Xie Huapeng Ye Xinrou Wang Zhenghao Guo Yanliang He Ying Li Xiaocong Yuan Dianyuan Fan | 2021 | Light(Science & Applications)2021，10，12： | 6 |
| 17 | OAM光通信路由器件研究显示文摘随着轨道角动量(OAM)光通信技术的研究不断深入,OAM路由器件在提升通信系统的灵活性和实用性方面扮演着重要的角色,近些年,具有特定功能的OAM路由器件的研究得到了飞速发展。基于此,对近些年OAM路由器件的研究成果进行了概述,对其中可实现信道切换、多播、滤波、添加/提取、跳变和模式划分6类OAM路由器件的原理、研究方法及优缺点进行了讨论与总结,同时对OAM路由器件未来的发展趋势进行了展望。 | 郭忠义 潘珍珍 龚超凡 王子坤 郭凯 周红平 | 2020 | 通信学报2020，41，11： | 6 |
| 18 | 光取向液晶微结构及其光子元件显示文摘液晶是一类具有自组装和刺激响应特性的软物质,其作为当今主流信息显示技术的依托材料而备受瞩目。伴随着液晶理论与技术的发展与革新,人们对这类材料的理解不断加深。近年来,基于光取向技术对液晶微结构的灵活操控,液晶研究逐渐从传统显示领域向更加前沿的液晶光子学领域过渡。在平面光学元件、结构光场、全光互连、模分复用光通信等领域展现出蓬勃的生机。本文综述了南京大学液晶与光子技术研究中心在光取向液晶微结构及其光子元件领域的最新进展,具体讨论了多层级液晶畴构筑、光寻址液晶调光技术、光通信与太赫兹液晶元件。 | 曹慧敏 吴赛博 王靖阁 胡伟 | 2021 | 液晶与显示2021，36，7： | 5 |
| 19 | 矢量涡旋光束的模式连续可调生成技术显示文摘矢量涡旋光束是一种新型的结构光束,具有横截面各向异性分布的偏振态,同时携带有轨道角动量。矢量涡旋光束的这些独特性质使得其在光通信、光镊、激光加工等领域具有重要的应用价值。对于不同的应用,所需的矢量涡旋光束的偏振态、相位分布不同,因此偏振、相位模式连续可调的矢量涡旋光束的生成系统是矢量涡旋光束应用的重要基础。报道了本课题组在矢量涡旋光束生成方面的工作,主要介绍了腔外模式连续可调的矢量涡旋光束的生成方法,以及矢量涡旋光束阵列的生成方法。 | 付时尧 高春清 | 2019 | 光学学报2019，39，1： | 5 |
| 20 | 基于光取向液晶的光场调控技术显示文摘由于特种光束的独特性质和丰富应用,光场调控技术近年来得到了越来越广泛的关注。设计特定结构调控普通高斯光束的振幅、相位或偏振方向,可以得到一系列特殊光场。利用一种偏振敏感的光取向材料,基于动态缩微投影曝光系统的液晶光控取向技术,可实现精确、任意和可重构的液晶方位角的取向控制。基于该项技术制备了二值或渐变的液晶微结构元件,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。利用该项技术制备的器件具有成本低廉、轻便集成、电光可调、偏振可控和宽波段适用等特点。综述了本课题组近期在该领域的系列研究工作,或将为光场调控技术带来全新的可能,为液晶光学器件带来更广泛的应用。 | 陈鹏 徐然 胡伟 陆延青 | 2016 | 光学学报2016，36，10： | 5 |
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