中文摘要：

光子作为信息载体，其新现象、新效应和新应用的探索对当前的科学技术产生愈来愈深远的影响。如何充分发挥光子作为载体的优势，光场的调控至关重要。本项目主要研究矢量光场偏振和相位的动态调控技术，研究具有任意偏振分布和相位分布的矢量光场的性质和生成方法，寻找这类光场新的物理效应并拓展它们的应用，研究这类光场在光学微操纵中的应用。重点研究产生同时具有非均匀偏振和相位分布矢量光场的新途径和实验系统；发展新的分析理论和计算方法，用于求解处于矢量光场聚焦区域中的微粒的力场特性；建立基于矢量光场的光学微操纵系统，实现利用紧聚焦矢量光场对介观微粒的光学微操纵；研究金属或介电微粒在矢量光场光学微操纵下的性质和新效应；研究矢量光场与金属微结构相互作用激发的表面等离激元所导致的新现象和新效应；研究矢量光场几何相位的拓扑性质，探索光学霍尔效应增强的方法；利用偏振干涉和非迭代衍射波前测量技术，实现矢量光场参量的准确测量。

结论摘要：

本项目在执行过程中，紧紧围绕课题任务书设置的研究内容开展工作，主要以偏振和相位的调控、矢量光场自由空间的演化规律、基于偏振相位调控等手段进行聚焦场的结构整形、矢量光场拓扑结构测量以及相关矢量光场的新颖特性和应用等为研究重点。具体如下 针对光场的角动量及其应用成功预言并实验证实了一类与偏振旋度相关的新型光学轨道角动量，且其可以被径向变化杂化偏振矢量光场所携带，打破了光偏振不能作用于各向同性材料的观念，激发了具有轨道角动量其它种类波的生成。 针对任意偏振矢量光场的产生新颖特性及应用研究提出了基于波前重构和庞加莱球的具有柱对称或非柱对称的矢量光场生成方案，生成具有任意偏振态空间分布的矢量光场，为潜在的各种应用提供了光场条件；提出了利用杂化偏振矢量光场偏振对称破缺的可设计、可控制特性，成功解决了飞秒激光成丝的随机不可控难题；提出由多个单元飞秒矢量光场构成的图形矢量光场，制备微结构方案，不仅容易实现，而且具有灵活性和普适性。 基于局域导模共振所致的偏振敏感异常光透射提出Metamaterial设计方案以实现非均匀各向异性等效介质，该设计方案具有易于实验验证且可实现对光场的位相和偏振态进行同时操控的优点；基于弱测量理论，观测到在界面上单次反射后的光自旋霍尔效应。 针对基于液晶空间光调制器的偏振选择衍射光学元件的研究提出一个液晶空间光调制器上实现动态PSDOE的新方法，并实验验证了该方法的可行性。研制成功基于空间变双折射组合波片的径向矢量Hilbert变换滤波成像系统并将其用于实现任意形状阵列矢量光束中；基于环形孔衍射法提出光学涡旋拓扑结构和轨道角动量的测量方法并进行实验验证。 针对矢量光场的偏振调控、相位调控及其在焦场调控和光学操纵方面的应用分析了聚焦的Airy光束的传输特性，运用聚焦的Airy光束实现了微粒的光捕捉和操纵。提出了通过入射光的相位调制构造具有特殊结构的三维焦场的迭代设计方法，实现了微粒的三维光捕捉和操纵。 通过本项目的研究，在矢量光场的生成与调控、焦场整形与调控、矢量光场角动量等新颖特性及新应用等方面都进行了较深入的探索与研究，取得了大量创新性的成果，培养了一批优秀的青年骨干人才和研究生，使我国在该领域的研究处于国际先进行列。本项目的研究成果为矢量光场的后续研究奠定了坚实的基础。