矢量奇點(diǎn)光束的傳播特性、強(qiáng)聚焦特性及其應(yīng)用.pdf

1、本論文的工作主要集中于研究矢量奇點(diǎn)光束的傳輸特性、強(qiáng)聚焦特性及其應(yīng)用。通過(guò)嚴(yán)格的矢量電磁理論分析，并在高精度的數(shù)值模擬運(yùn)算的輔助下，我們系統(tǒng)地描述了矢量奇點(diǎn)光束的振幅、偏振特性，嚴(yán)格證明了高階偏振拓?fù)浜傻氖噶科纥c(diǎn)光束是矢量Helmholtz方程的一組矢量光束特解，同時(shí)還拓展了其在微納光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。
　　 本論文取得的主要成果如下：
　　 1、首次證明了高階偏振拓?fù)浜傻氖噶科纥c(diǎn)光束是矢量Helmholtz方程的一組矢量

2、光束特解。利用嚴(yán)格的矢量理論分析，通過(guò)傍軸近似和慢變包絡(luò)近似，我們發(fā)現(xiàn)，滿足矢量奇點(diǎn)光束的偏振類型的光束具有Bessel-Gaussian型振幅分布，且非常著名的徑向偏振光和角向偏振光都只是Bessel-Gaussian型矢量奇點(diǎn)光束的一種特例。這為高階偏振拓?fù)浜傻氖噶科纥c(diǎn)光束在表面等離子光學(xué)、微納光學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。并且，我們的結(jié)果豐富了光束物理的矢量光束的家族。
　　 2、針對(duì)矢量光束在介質(zhì)或自由空間傳輸而遇見(jiàn)形

3、狀不規(guī)則的障礙物時(shí)，提出了利用菲涅爾衍射來(lái)描述矢量光束的偏振和能量變化。這為傍軸矢量光束的傳輸問(wèn)題提供了最為方便的處理方法，在某些情況下（遇見(jiàn)形狀極其不規(guī)則的障礙物）也是唯一的處理方法。同時(shí)，該方法為實(shí)驗(yàn)人員在利用矢量光束進(jìn)行相關(guān)研究時(shí)提供了可靠的理論依據(jù)。
　　 3、根據(jù)徑向偏振光的強(qiáng)聚焦特性，首次提出了決定其聚焦特性的定量參數(shù)R0，并在該參數(shù)的指導(dǎo)下簡(jiǎn)化并改善了環(huán)帶位相型衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法，以在焦區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)縱向場(chǎng)光學(xué)“Ne

4、edle”，且指出了以前設(shè)計(jì)方法上的一些誤區(qū)，為此類用途的衍射光學(xué)元件設(shè)計(jì)提供了重要的思路。另外，我們還設(shè)計(jì)了一款復(fù)振幅透過(guò)率連續(xù)分布的衍射光學(xué)元件來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)縱向場(chǎng)光學(xué)“Needle”。
　　 4、首次將帶有渦旋位相的角向偏振光引入到基于固體浸沒(méi)透鏡的光學(xué)系統(tǒng)中，解決了焦區(qū)的光束能量在界面處不連續(xù)和樣品中光斑尺寸隨樣品折射率增加而增大的問(wèn)題。相比于其他已知的偏振類型的矢量光束，帶有渦旋位相的角向偏振光無(wú)論在自由空間中，還是在焦區(qū)存