结构光及其应用

原版作者所属机构前言第一章 相位结构电磁波概述1.1 简介1.2 拉盖尔一高斯光束和轨道角动量1.3 贝塞尔和马蒂厄光束1.4 波动方程的一般解1.5 经典还是量子？1.6 用透镜和全息图产生拉盖尔一高斯光束1.7 相干性：空间与时间1.8 基组间的转换1.9 总结参考文献第二章 光学中的角动量和涡旋2.1 简介2.2 场和粒子的经典角动量2.2.1 粒子和辐射的角动量2.2.2 角动量各部分的变化率2.3 辐射角动量分解为L和S2.3.1 经典描述2.3.2 量子运算符2.4 多极场及其涡旋结构2.4.1 球形多极场2.4.2 圆柱形多极场2.5 单色傍轴光束的角动量2.5.1 傍轴近似2.5.2 单色光的角动量2.5.3 均一的轨道角动量和自旋角动量2.5.4 非均匀偏振2.6 傍轴光束的量子描述2.6.1 傍轴场的量子运算符2.6.2 自旋和轨道角动量的量子运算符2.7 非单色傍轴光束2.7.1 非单色光束的角动量2.7.2 旋转偏振的自旋2.7.3 旋转模式图样的轨道角动量2.7.4 非均匀偏振旋转的角动量2.8 经典傍轴光束的运算符描述2.8.1 傍轴光束的Dirac符号2.8.2 傍轴光束和量子谐振子2.8.3 模式的升降算符2.8.4 轨道角动量和Hermite—Laguerre球体2.9 光学涡旋动力学2.9.1 不变的模式图样2.9.2 同方向涡旋的旋转图样2.9.3 涡旋的产生和湮灭2.10 总结参考文献第三章 奇点光学及其相位特性3.1 基本相位奇点3.2 复合涡旋光束3.3 非整数涡旋光束3.4 传播动力学3.5 总结致谢参考文献第四章 纳米光学：粒子间作用力4.1 简介4.2 光诱导对力的量子电动力学描述4.2.1 量子学基础4.2.2 几何结构的定义4.2.3 斜圆柱对4.2.4 共线对4.2.5 圆柱体平行对4.2.6 球形粒子4.2.7 拉盖尔一高斯光束中的球形粒子4.3 应用综述4.4 讨论致谢参考文献第五章 近场光学微操纵5.1 引言5.1.1 什么是近场？5.1.2 用于近场和引导(初步研究)的岁5.2 近场俘获的理论考量5.3 近场中粒子引导和俘获实验5.3.1 近场表面引导和俘获5.3.2 使用全反射物镜进行俘获5.3.3 采用光波导的微操作5.4 亟需研究的近场课题5.4.1 近场中光力诱导的微粒自组装5.4.2 基于先进光子架构的近场俘获5.5 结论致谢参考文献第六章 全息光镊6.1 简介6.2 举例构建光阱扩展阵列的基本原理6.3 实验细节6.3.1 标准的光学系统6.4 全息光阱的算法6.4.1 随机掩模编码6.4.2 叠加算法6.4.3 Gerchberg—saxton算法6.4.4 直接搜索算法和模拟退火法6.4.5 总结6.4.6 创建扩展光学势能图谱的可替代手段6.5 全息光镊的未来致谢参考文献第七章 利用结构光进行原子和分子操纵7.1 简介7.2 概要7.3 轨道角动量向原子和分子的转移7.4 多普勒力和扭矩7.4.1 基本形式7.4.2 瞬态动力学7.4.3 稳态动力学7.4.4 偶极电位7.5 多普勒频移7.5.1 轨迹线7.5.2 多光束7.5.3 二维和三维粘团7.6 液晶的旋转效应7.7 讨论和总结致谢参考文献第八章 光涡旋俘获及粒子自旋动力学8.1 引言8.2 光俘获的计算电磁模型8.3 电磁角动量8.4 傍轴和非傍轴光涡旋中的电磁角动量8.5 非傍轴光涡旋8.6 涡旋光束俘获8.7 对称与光扭矩8.8 零角动量光涡旋8.9 高斯“纵向”光束涡旋8.10 总结参考文献第九章 光镊下的粒子自旋9.1 简介9.2 使用光强整形光束来导向和旋转俘获的物体9.3 光镊到粒子的角动量传递9.4 光镊下的面外自旋9.5 光镊中螺旋形粒子的自旋9.6 光镊下自旋控制的应用第十章 流变方法与粘度测量方法10.1 简介10.2 光学扭矩测量10.2.1 自旋角动量测量10.2.2 测量轨道角动量10.3 基于旋转光镊的测微粘度计10.3.1 基于自旋测微粘度计的实验装置10.3.2 结果与分析10.3.3 用于微粘度测量的轨道角动量10.4 应用10.4.1 皮升粘度测量10.4.2 医学样品10.4.3 流场测量1O.5 总结参考文献第十一章 量子通信和量子信息中的轨道角动量11.1 量子信息的发送与接收11.1.1 纠缠轨道角动量态的产生11.1.2 单光子级别轨道角动量量子态探测11.1.3 固有安全性(intrinsic security)11.2 轨道角动量量子态空间探索11.2.1 轨道角动量量子态的叠加态11.2.2 纠缠叠加态的产生11.2.3 轨道角动量信息的存储11.3 量子协议11.3.1 高维度的优势11.3.2 通信方案11.4 总结与展望致谢参考文献第十二章 超冷原子的光学操纵12.1 背景12.2 光力与原子阱12.3 量子气：玻色一爱因斯坦凝聚体12.3.1 原子云中的玻色爱因斯坦凝聚12.3.2 凝聚及其描述12.3.3 量子气体相位印迹12.4 冷原子的光致规范势12.4.1 背景12.4.2 光场中原子绝热运动的一般形式12.5 A体系的光致规范势12.5.1 概述12.5.2 绝热条件12.5.3 有效矢量势和俘获势12.5.4 携带轨道角动量的同向传播光束12.5.5 移动的横向剖面的相向传播光束12.6 三脚架型原子的光致规范场12.6.1 概述12.6.2 S12—0的情况12.7 光致规范势中冷原子的超相对论行为12.7.1 引言12.7.2 公式表达12.7.3 冷原子的准相对论行为12.7.4 实验研究12.8 结语参考文献索引