柱对称矢量光束在自由空间中的传输特性开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着激光技术的不断发展，一种空间非均匀偏振分布的光束的存在通过理论模型和实验结果得到了证实，那就是柱对称矢量光束。它独特的偏振特性使它在现代光学应用中发挥着重要的作用。近些年越来越多的研究人员开始关注并且发展这种新颖的非均匀偏振光束。

柱对称矢量光束具有轴对称的偏振结构和中空环状的强度分布，其中径向偏振光束不仅有横向的电磁场，还包括沿轴向的电场纵向分量；而角向偏振光束除包括横向的电磁场外，还产生了沿轴向的磁场纵向分量。这些特性使它在一些物理研究与工程应用中展现出独特的优势，从而引起了国内外相关研究人员的广泛关注。

柱对称矢量光束具有十分开阔的应用前景，2003年 dorn等人第一次从实验方面证实了径向偏振光束经高数值孔径透镜聚焦后能够突破衍射极限。它比线偏振光的聚焦光斑尺寸小很多，而且在焦点处径向偏光束的电场纵向分量的强度比它的电场横向分量的强度大很多。强度更大、光斑更小的电场纵向分量使径向偏振光束在电子加速、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。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：分析柱对称矢量光束形成的基本原理及其应用前景。建立柱对称矢量光束在自由空间中传输的理论模型，并研究柱对称矢量光束在自由空间中的传输特性。

目标：以柱对称矢量光束为研究对象，具体分析和讨论径向偏振光束与角向偏振光束这两种典型的柱对称矢量光束在自由空间中传输特性。基于矢量瑞利-索末菲衍射积分公式，推导出轴对称偏振拉盖尔-高斯光束在自由空间中的传输公式。通过数值模拟讨论束腰宽度与波长的比值和光束阶数等参数对轴对称偏振光束的矢量特性和非傍轴行为的影响，特别是径向偏振光束在近场附近具有很强的电场纵向分量,并用matlab模拟仿真。这些工作将有助于指导和拓宽这种新颖的非均匀偏振光束在现代光学领域与系统工程中的应用。

拟采用的技术方案及措施：随着微光学与近场光学的发展，例如半导体二极管激光器、微腔激光器、微光学器件和光子晶体等新型光学器件的出现，通常需要处理束腰宽度与波长可相比拟的强聚焦光束或大发散角光束，此时傍轴理论不再成立，而必须采用严格的矢量衍射理论。因此，非傍轴范畴下的矢量光束特性的研究变得日益重要。使用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式研究轴对称偏振光束在自由空间中的非傍轴传输特性，具体推导出轴对称偏振拉盖尔-高斯光束在自由空间中传输的电场解析表达式，定量分析径向偏振光束和角向偏振光束这两种典型的轴对称偏振光束的矢量特性和非傍轴行为，并且与傍轴近似下的结果作比较。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的理论知识、技术要求以及相关资料。确定方案，完成开题报告。

第4-8周：分析基本原理，进行理论推导。

第9-13周：建立模型，进行仿真模拟，得到模拟结果，整理数据，进行理论分析，开始撰写毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[2] 张艳丽，李小燕，朱健强. 矢量偏振光束的产生及其高数值孔径聚焦性质[j]. 中国激光, 2009, 36(1): 129-133.

[3] 郑启光. 激光先进制造技术[m]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2001.

[4] 吕乃光. 傅里叶光学[m]. 北京: 机械工业出版社, 2006: 100-120.