[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）——拉盖尔-高斯光束的锥形折射：从拉曼斑到"反拉曼"环形分布

摘要： 锥形折射（CR）是指光沿双轴晶体光轴传播时产生的现象。此时，一束窄光束会在晶体出射面后形成中空的双壁圆柱状光柱。尽管经过近两个世纪的研究，CR的实际应用进展缓慢，主要原因是切割双轴晶体所需的精度难以实现。然而，近期多项研究报道了CR在实现超高效率CR激光器、具有CR输出的激光器、CR光束光学捕获、量子计算/密码学及超分辨显微镜等领域的新兴应用（参见文献[1]及其参考文献）。其中最新颖有趣的CR现象与涡旋输入光束的应用相关——这类光束能彻底改变传统CR图样[2]并催生诸多新应用。就此而言，研究最简单的拉盖尔-高斯涡旋光束（LG?0，其中?为表征涡旋电荷的指标）的CR效应极具价值：这类光束已展现出CR的特殊新特性，例如在劳埃德平面形成多环图像[2]。本文基于双锥模型[3]探讨LG光束的CR效应，该模型能直观呈现非零阶LG输入光束中拉曼斑点向"反拉曼"环形分布的转变过程。根据双锥模型，拉曼斑点由向光轴汇聚的锥形光束形成。由此可预期，在光锥"顶点"下游将形成环形分布。但对于LG00（即高斯光束）输入，光锥"顶点"后的发散会被衍射发散补偿，从而形成如图1a-c所示的拉曼"焦点"形态。非零阶LG模式光锥顶角增大会使拉曼焦点转变为光锥"顶点"下游的"反拉曼"环形分布（见图1d-f）。此外，双锥模型优雅解释了经典双环CR图样（图1a）向多环图样（图1d）的转变——该现象早前已在?>0的LG光束中被报道[2]。这种转变的本质在于：高阶LG光束锥度增大与其光束腰径增加的相互作用，二者共同导致更宽的干涉图样及更多凝聚条纹。