矢量光場的緊聚焦特性及其焦場調(diào)控的研究.pdf

1、相對于傳統(tǒng)的空間均勻偏振態(tài)的標(biāo)量光場（典型的為線偏振光和圓偏振光），矢量光場具有空間變化的偏振態(tài)，它豐富的偏振態(tài)會使其在被緊聚焦時出現(xiàn)一些新效應(yīng)。本論文主要對矢量光場的生成，緊聚焦及其典型應(yīng)用進(jìn)行了理論研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　首先從物理上和數(shù)學(xué)上對矢量光場給出了概述，從而認(rèn)清了矢量光場與標(biāo)量光場的聯(lián)系與區(qū)別。然后分別從主動方法和被動方法兩方面，簡要介紹了在激光諧振腔內(nèi)使矢量光場模式起振從而直接生成矢量光以及在激光諧振腔外放置

2、光學(xué)元器件將常規(guī)的標(biāo)量光轉(zhuǎn)化為矢量光的若干技術(shù)。其中，我們對一種基于信息光學(xué)中著名的4f系統(tǒng)來生成任意矢量光場的被動生成方法進(jìn)行了較為詳盡的描述。
　　由于目前眾多的矢量光場的應(yīng)用大都基于它獨(dú)特的緊聚焦場，所以，我們不可避免地探討了矢量光場在大數(shù)值孔徑物鏡聚焦下的緊聚焦特性。通過矢量衍射理論:Richards-Wolf矢量積分，我們對矢量光場中的兩種基矢光場:徑向偏振光與角向偏振光的聚焦場進(jìn)行了計(jì)算。為了對比，我們還在同等條件下分

3、別計(jì)算了一種更一般的矢量光場以及一種線偏振的標(biāo)量光場的聚焦場。根據(jù)矢量光場的聚焦特性，我們分別以激發(fā)表面等離子體共振，微粒的捕獲與操控以及激光的微納加工等情形為例概述了矢量光場的典型應(yīng)用。
　　接下來，在超衍射極限焦斑的獲取和三維光學(xué)圍欄的研究方面詳細(xì)說明了本文的重點(diǎn)研究方向，創(chuàng)新點(diǎn)以及我們的研究成果。
　　在壓縮焦斑的研究上，基于前人已報道的研究方法和途徑:環(huán)形照明的緊聚焦，環(huán)形同心相位板的使用，高階徑向偏振光的緊聚焦特性

4、以及4π緊聚焦裝置的引入，我們找到了最佳的入射光場:高階徑向偏振光;和性能更好的緊聚焦系統(tǒng):4π聚焦裝置。通過這兩種常規(guī)方法的結(jié)合，我們得到非常有趣的結(jié)果，并在獲取更小焦斑上取得了一定突破。
　　在三維光學(xué)圍欄的研究上，使用四種入射光:雙環(huán)拉蓋爾-高斯徑向偏振光，雙環(huán)均勻徑向偏振光，雙環(huán)貝塞爾-高斯徑向偏振光和雙環(huán)高斯徑向偏振光，分別生成了三維光學(xué)圍欄。為了看清它們各自的優(yōu)勢與劣勢，我們在同樣的聚焦條件下從光場梯度力和圍欄均勻性兩