中空?qǐng)A柱矢量光束的緊聚焦特性研究.pdf

1、圓柱矢量光束的偏振具有軸對(duì)稱性，可分解為徑向偏振成分與角向偏振成分。近年來，圓柱矢量光束的緊聚焦特性引起了極大的關(guān)注，可廣泛應(yīng)用于高密度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、二次諧波的產(chǎn)生、拉曼光譜、粒子操控、納米光刻、激光切割、材料加工、粒子加速、高分辨率成像、全光磁記錄與自旋波操控等領(lǐng)域。因此，探究與優(yōu)化圓柱矢量光束的緊聚焦特性具有重要的實(shí)際意義。本論文基于矢量衍射理論與逆法拉第效應(yīng)，通過特殊二元濾波器與干涉效應(yīng)對(duì)光束波前的調(diào)制，系統(tǒng)研究了中空徑向偏振光、角

2、向偏振光、徑向偏振渦旋光與角向偏振渦旋光的光場(chǎng)緊聚焦特性及光誘導(dǎo)的磁性緊聚焦特性，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　基于矢量衍射理論，研究了緊聚焦的中空徑向偏振光形成亞波長(zhǎng)的縱向偏振光針。在通光孔徑中，比較了徑向偏振拉蓋爾-貝塞爾-高斯(LBG)光束與拉蓋爾-高斯(LG)和貝塞爾-高斯(BG)模式的聚焦特性；為了提高聚焦性能，優(yōu)化設(shè)計(jì)了特殊的三環(huán)形相位濾波器，并探討了它對(duì)徑向偏振LBG光束緊聚焦特性的影響，闡明了形成亞波長(zhǎng)的縱向偏振光針與波

3、長(zhǎng)量級(jí)暗中空?qǐng)龅臋C(jī)理；基于瑞利散射理論，計(jì)算了這兩種特殊場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)兩類不同折射率粒子施加的輻射力分布，分析了穩(wěn)定捕獲這兩類粒子的條件。為了同時(shí)獲得豐富的聚焦結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)研究了不同階的徑向偏振中空高斯(HG)光束的緊聚焦特性。首先，探討了聚焦光斑的橫向半高全寬與光束階和截?cái)鄥?shù)之間的關(guān)系，分析了產(chǎn)生平頂光束的條件；其次，采用全局搜索優(yōu)化算法設(shè)計(jì)五環(huán)形純相位濾波器，實(shí)現(xiàn)了超分辨長(zhǎng)聚焦深度的縱向偏振光針；最后，基于自主設(shè)計(jì)的三環(huán)形振幅濾波器，數(shù)值

4、模擬了不同光束階對(duì)徑向偏振HG光束聚焦特性的影響，采用干涉理論闡明了形成準(zhǔn)周期光鏈與超分辨長(zhǎng)聚焦深度的縱向偏振光針的原因。
　　緊聚焦的中空角向偏振光實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)的橫向偏振光針的研究。分析了不同截?cái)鄥?shù)與偏振對(duì)雙環(huán)形角向偏振 LG渦旋光束緊聚焦特性的影響；為了有效的減小旁瓣以及消除焦移現(xiàn)象，采用全局優(yōu)化搜索算法設(shè)計(jì)了七環(huán)形渦旋混合濾波器，同時(shí)獲得了超分辨長(zhǎng)聚焦深度的橫向偏振光針；通過計(jì)算斯托克斯偏振參量，得到方位角與橢圓率的空間變化

5、規(guī)律，進(jìn)一步證實(shí)了聚焦場(chǎng)的橫向偏振性。
　　4π高數(shù)值孔徑物鏡聚焦的徑向偏振HG渦旋光束實(shí)現(xiàn)三維超分辨的橫向偏振場(chǎng)的研究。在單高數(shù)值孔徑物鏡聚焦系統(tǒng)中，探討了聚焦性能對(duì)于光束階的依賴關(guān)系。為了形成亞波長(zhǎng)的橫向偏振焦斑，提出采用4π高數(shù)值孔徑物鏡聚焦徑向偏振HG渦旋光束；基于相向傳播的兩束HG渦旋光各個(gè)場(chǎng)成分之間的干涉特性，定性的闡明了實(shí)現(xiàn)三維超分辨的純橫向偏振場(chǎng)的物理機(jī)制；通過計(jì)算平均場(chǎng)分布，進(jìn)一步驗(yàn)證了局域場(chǎng)的橫向偏振性。為了說

6、明數(shù)值模擬結(jié)果的合理性，推導(dǎo)了4π聚焦的超高階徑向偏振渦旋HG光束聚焦場(chǎng)分布的解析表達(dá)式。
　　基于矢量衍射理論與逆法拉第效應(yīng)，探究了緊聚焦的中空?qǐng)A柱矢量渦旋光形成純縱向磁化場(chǎng)。首先，研究緊聚焦的角向偏振艾里渦旋光束獲得超分辨長(zhǎng)聚焦深度的純縱向磁針；剖析了艾里光束的主環(huán)半徑、比例因子和螺旋相位板的旋轉(zhuǎn)方向?qū)Υ呕瘓?chǎng)特性的影響。此外，為了有效的操控與輸運(yùn)多個(gè)原子以及高效的記錄與存儲(chǔ)多層磁光數(shù)據(jù)，首次提出采用特殊設(shè)計(jì)的渦旋環(huán)形濾波器實(shí)現(xiàn)