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矢量光束的紧聚焦特性研究

作　者: 刘郑涛
导　师: 辛丽
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: 轴对称矢量光束 Richards-Wolf矢量衍射积分模型平顶型光场分布光泡光学笼子
分类号: O436.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

光有许多重要的性质,偏振就是光所具有的重要性质之一。偏振光同物质之间的相互作用在很多领域都有非常重要的应用,比如说数据储存、光通信、材料加工和生物研究。一般说来,光可以分为均匀偏振光和非均匀偏振光。常见的线偏振光,圆偏振光和椭圆偏振光都是均匀偏振光。非均匀偏振光是指偏振态与传播面上的空间位置相关的光。以往大多数的科研中,我们关注了均匀的偏振光,但近年来由于非均匀偏振光独一无二的性质和潜在的应用价值让越来越多的人开始对非均匀偏振光产生了兴趣。矢量光束就是其中的一种,尤其是偏振态在传播面上呈现出轴对称性的光束,即轴对称矢量光束。本论文主要讨论了如何通过改变轴对称矢量光束的基本性质(偏振态、振幅和相位)达到调控紧聚焦光场强度的目的。我们介绍轴对称矢量光的概念以及它的分类和主要的特点。由于在高数值孔径透镜聚焦的条件下,Huygens-Fresnel原理不再适用,所以接下来我们介绍了Richards-Wolf矢量衍射积分模型,以及切趾函数的概念,最后给出广义轴对称矢量光在焦点附近光强的积分表达式。用数值模拟的方法,我们分析了通过DOE部分改变偏振态的轴对称矢量光的紧聚焦特性。我们发现,通过调控入射光的位相可以让焦点处的光强为零或者得到更长的焦深、更小的焦斑。最终,我们获得了一维、二维和三维的平顶型光场分布。同时,我们还对切趾函数的影响进行了分析。对于包含多种偏振模式的轴对称矢量光的紧聚焦特性,我们也进行了研究,并且利用径向偏振光、角向偏振光和广义轴对称偏振光不同的聚焦特性在焦点附近产生光泡和光学笼子。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 轴对称矢量光  9-11
    1.1.1 轴对称矢量光的基本概念  9-10
    1.1.2 轴对称矢量光的紧聚焦  10-11
  1.2 国内外在该方向的研究现状及分析  11-15
    1.2.1 理查德沃尔夫模型  11-12
    1.2.2 光束的角动量  12-13
    1.2.3 非均匀偏振光束的紧聚焦特性  13-15
  1.3 论文主要研究内容  15-16
第2章紧聚焦的基本理论  16-29
  2.1 切趾函数  16-19
    2.1.1 正弦条件  18
    2.1.2 亥姆赫兹条件  18-19
  2.2 理查德沃尔夫矢量衍射理论  19-24
  2.3 轴对称矢量光的紧聚焦理论  24-28
    2.3.1 径向偏振光  25-27
    2.3.2 角向偏振光  27
    2.3.3 广义轴对称偏振光束  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章平顶型光场分布的形成  29-42
  3.1 一维平顶光场的形成  29-33
  3.2 二维平顶光场的形成  33-36
  3.3 三维平顶光场的形成  36-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章可调控光镊的形成  42-56
  4.1 径向偏振光在光镊方面的应用  42-45
  4.2 轴对称矢量光在光镊方面的应用  45-55
    4.2.1 两种偏振模式的轴对称矢量光  45-48
    4.2.2 三种偏振模式的轴对称矢量光  48-55
  4.3 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-62
致谢  62

矢量光束的紧聚焦特性研究

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