渦旋光束的深聚焦特性.pdf

1、渦旋光束的研究和應(yīng)用近年來(lái)引起了許多學(xué)者的廣泛興趣，并產(chǎn)生了現(xiàn)代光學(xué)的一個(gè)新分支－奇點(diǎn)光學(xué)。渦旋光束中的波前位錯(cuò)(亦稱(chēng)相位奇點(diǎn))的振幅為零且相位具有不確定性，這種光束可以通過(guò)空間光調(diào)制器或空間相位片產(chǎn)生，而且渦旋光束還具有軌道角動(dòng)量，能夠應(yīng)用于粒子的捕獲和旋轉(zhuǎn)等領(lǐng)域。暗核光渦旋還可以成為產(chǎn)生光渦旋鑷子的物理儀器。渦旋光束的獨(dú)特性質(zhì)使奇點(diǎn)光學(xué)有著廣泛的應(yīng)用前景。因此，對(duì)渦旋光束的傳輸特性的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。 本文首先介

2、紹了研究光束深聚焦的矢量Debye衍射積分理論。由于非零階貝塞爾-高斯光束為渦旋光束的一類(lèi)，本論文以非零階貝塞爾-高斯光束為主要研究對(duì)象，分析了其在多種條件下的深聚焦特性。研究了圓柱偏振貝塞爾－高斯光束經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡的聚焦特性。推導(dǎo)了圓柱偏振貝塞爾－高斯光束經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡聚焦的光場(chǎng)表達(dá)式，并用數(shù)值計(jì)算分析了各相關(guān)參數(shù)對(duì)焦面及焦點(diǎn)附近光強(qiáng)分布的影響。通過(guò)控制各相關(guān)參數(shù)的取值，改變透鏡聚焦區(qū)域的光場(chǎng)分布，獲得了有廣泛實(shí)際應(yīng)用并具有渦旋性

3、質(zhì)的局域空心光束和平頂光束。對(duì)渦旋光束經(jīng)介質(zhì)面和單軸雙折射晶體的深聚焦特性進(jìn)行了研究。對(duì)于線(xiàn)偏振渦旋光束經(jīng)介質(zhì)面的深聚焦，通過(guò)數(shù)值計(jì)算詳細(xì)分析了焦點(diǎn)附近的光強(qiáng)分布，討論了透鏡的數(shù)值孔徑和探測(cè)深度對(duì)焦移的影響。此外，還分析了光束截面的光強(qiáng)分布隨傳輸距離z的變化規(guī)律。對(duì)于徑向和角向偏振渦旋光束經(jīng)介質(zhì)面的深聚焦，分析了數(shù)值孔徑對(duì)聚焦光斑和聚焦光孔的半值全寬的影響。對(duì)于徑向和角向偏振渦旋光束經(jīng)單軸雙折射晶體的深聚焦，在小雙折射率的近似條件下，通

4、過(guò)數(shù)值計(jì)算，分析了焦點(diǎn)附近及實(shí)際焦面附近的光強(qiáng)分布，研究了焦移隨數(shù)值孔徑和雙折射率的變化規(guī)律。此外，還討論了雙折射率的變化對(duì)實(shí)際焦面內(nèi)的Strehl比值的影響。對(duì)于部分相干貝塞爾－高斯光束經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡的聚焦，推導(dǎo)了焦點(diǎn)附近的光強(qiáng)分布表達(dá)式、相干度和偏振度表達(dá)式。通過(guò)數(shù)值計(jì)算，分析了各相關(guān)參數(shù)對(duì)聚焦區(qū)域內(nèi)光強(qiáng)分布、相干度和偏振度的影響。結(jié)果表明，入射光束的有效相干長(zhǎng)度和聚焦透鏡的最大數(shù)值孔徑角的取值變化都會(huì)對(duì)光強(qiáng)分布、相干度和偏振度產(chǎn)