高阶柱矢量光束的远场特性开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

作为光的重要特性之一,偏振赋予了矢量光束重要的属性,正是基于光波的各种偏振特性及与物质的相互作用使其在激光加工、电子加速、光信息处理、光学捕捉与控制和高分辨成像等领域有巨大潜在应用价值,从而引起了许多研究者的高度重视,因而研究调控光束的各种偏振态以产生具有空间不均匀偏振态的各种偏振光束成为该领域研究的一个热点。又因为柱对称矢量光束场的强度和偏振分布在光束横截面上具有轴对称性,导致柱对称光束具有普通光束没有的特殊性质,这使其受到了广泛的关注。

柱对称矢量光束是麦克斯韦方程组在柱坐标系下的特征解。由上已知柱对称矢量光束的电场偏振方向、光强的分布相位和在光束横截面上均关于光轴对称,因此光轴处的光强为零,并且该光束强度的最大值出现在环绕光轴的一圈,即其圆柱面上,故此将这种强度分布称为中空环状模式。同时我们知道径向偏振光束和角向偏振光束作为最为常见也最具代表性的两类柱对称矢量光束,它们的偏振方向分别沿着径向方向和角向方向,是柱对称矢量光束的两个本征偏振态,这些独特的性质使径向偏振光束和角向偏振光束在许多领域得到了广泛的应用。例如:径向偏振光束纵向分量因其强度大、光斑小的电场使其在电子加速、光学捕获、光学显微镜、光学存储和激光加工等领域发挥出重要的作用;角向偏振光束因其中空环状的模式可以应用于光镊来进行微小颗粒的捕获与操控。

国内外对于柱对称矢量光束的研究已有很长的历史,关于柱对称偏振光束的研究可以追溯到1972年,DPohl在红宝石激光器中利用模式选择器获得了纯横电场模式TE。而径向偏振光最早是由日本 Tohoku 大学的 Y. Mushiake 等人通过在激光谐振腔内使用锥形结构的电解质元件获得径向偏振光束,这是首次在实验中生成径向偏振光束。自此,关于径向偏振光及其他轴对称偏振光束的研究越来越广泛和深入,并在近十作逐渐成为光学浈域的研究热点。

2000年, K. S.Youngworth 和 T. G. Brown 对径向偏振和角向偏振光束经过大数值孔径透镜聚焦的聚焦特性进行了详细的研究,结果表明径向偏振光束经大数值孔径聚焦后,能够产生一具有很强纵向光场分量且比普通聚焦更小的光斑,这一研究结果可以很好的用来缩小在储存面上光点的尺寸。对于径向偏振光的诸多特点,使其在粒子捕获和提高分辨率、切割金属效率等领域有着重大的潜在应用价值。

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