雜化偏振矢量光束緊聚焦和焦斑整形研究.pdf

1、光的重要性質(zhì)中，人們對頻率、振幅、相位等幾個性質(zhì)早已進行了深入的研究。近年來，光的另一個重要性質(zhì)——偏振性成為了人們研究的熱點，尤其是對非均勻偏振分布的矢量光束的研究引起了研究人員極大的興趣。柱矢量光束作為最基本和最簡單的矢量光束，由于其獨特的聚焦特性和潛在的應用價值得到了人們廣泛的研究。如徑向偏振光經(jīng)過高數(shù)值孔徑透鏡緊聚焦后焦區(qū)的光場會有非常強的縱向分量，使得其在超分辨聚焦、光存儲、光刻等領(lǐng)域有著突出的應用。除了柱矢量光束，最近研究人

2、員生成了按照任意規(guī)律分布的局域線偏振矢量光束和同時包含線偏振、圓偏振、橢圓偏振的雜化偏振矢量光束，使得矢量光束得到豐富，為產(chǎn)生新奇的緊聚焦特性提供了可能性。本論文以其中一種雜化偏振矢量光束為研究對象，分別研究了徑向變化雜化偏振矢量光束和角向變化雜化偏振矢量光束的緊聚焦特性。然后針對徑向變化雜化偏振矢量光束，分別用環(huán)形光闌和二元相位元件對其調(diào)制，進行焦斑整形的研究。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下：1.詳細介紹了本論文所作研究依據(jù)的理論基礎(chǔ)——R

3、ichards-Wolf矢量衍射理論，這個理論推導出入射光為均勻振幅分布的x方向線偏振光緊聚焦后焦區(qū)的光場表達式。我們在此基礎(chǔ)上推導出更為普遍的入射光為任意振幅分布的沿x方向和沿y方向偏振的線偏振光經(jīng)過高數(shù)值孔徑透鏡
　　1.詳細介紹了本論文所作研究依據(jù)的理論基礎(chǔ)——Richards-Wolf矢量衍射理論，這個理論推導出入射光為均勻振幅分布的x方向線偏振光緊聚焦后焦區(qū)的光場表達式。我們在此基礎(chǔ)上推導出更為普遍的入射光為任意振幅分布

4、的沿x方向和沿y方向偏振的線偏振光經(jīng)過高數(shù)值孔徑透鏡緊聚焦后焦區(qū)的光場表達式。
　　2.分別研究了徑向變化雜化偏振矢量光束和角向變化雜化偏振矢量光束的緊聚焦特性。對徑向變化雜化偏振矢量光束,研究了線偏振基矢的取向角Ф0,偏振分布的初相位δ0和徑向指數(shù)n對緊聚焦特性的影響。研究發(fā)現(xiàn),取向角的變化會使焦平面上的焦斑旋轉(zhuǎn)相應的角度;初相位的變化會影響焦平面上的焦斑形狀;徑向指數(shù)由小變大時,軸截面上將由一個焦斑分裂成兩個焦斑,并且兩個焦斑

5、之間的距離隨徑向指數(shù)的增大而增大,同時焦平面上由一個橢圓形焦斑變成一個環(huán)形焦斑,并且環(huán)的半徑隨徑向指數(shù)的增大而增大。對角向變化雜化偏振矢量光束,研究了線偏振基矢的取向角Ф0,偏振分布的初相位δ0和角向指數(shù)m對緊聚焦特性的影響。研究發(fā)現(xiàn),取向角和初相位的改變產(chǎn)生的影響一致,使得焦平面上的光強分布旋轉(zhuǎn)一定的角度,同時中心光強發(fā)生改變;角向指數(shù)的改變使得焦平面上形成多個焦斑,焦斑個數(shù)為2（m+1）。
　　3.針對n較大的徑向變化雜化偏振

6、矢量光束，我們首先用環(huán)形光闌對其進行焦斑整形，發(fā)現(xiàn)經(jīng)調(diào)制的徑向變化雜化偏振矢量光束緊聚焦后能形成光針狀光強分布，光針的焦深隨徑向指數(shù)的增大而增長，焦平面上形成橢圓形焦斑，焦斑的橢圓率隨徑向指數(shù)的增大而增大。為了提高光能利用率，我們用二元相位元件對徑向指數(shù)為1的徑向變化雜化偏振矢量光束進行焦斑整形，通過matlab遺傳算法對二環(huán)到八環(huán)相位元件進行優(yōu)化，調(diào)制后得到了光針。光針的焦深隨環(huán)數(shù)的增多而增長，焦平面上的焦斑隨環(huán)數(shù)的增多由橢圓形變?yōu)榻?/p>