柱对称矢量光束的聚焦整形开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

光有许多重要的特性，偏振就是其中一种重要属性，也是主要的研究内容之一。在很多领域比如光通信、数据储存、材料加工和生物研究都需要用到偏振光与物质之间的相互作用。而通过有目的地调控光场空间的偏振态有望产生一些新的光学现象或效应，扩展和增强传统光学系统的性能，可研制出很多光学仪器及系统，也能够用于光学探测、光学显示、数据存光通材料加工及生物医学等领域。

柱对称矢量光束是一种空间非均匀偏振光束，中心光强为零经物镜聚焦后能在焦点附近产生空间场分量，在高变迹系数光学系统成像情况下，与线偏光、圆偏光相比，径向偏振光与光瞳滤波技术及图像复原技术结合，能获得较小焦斑，提高横向分辨力。但是获得的聚焦光斑在很多情况下仍不能满足实际应用的需求，因而还需要将衍射光学元件引入聚焦系统，以获得能够满足某些特定需求的具有某些特殊结构的聚焦场强分布。

对于柱对称矢量光束的聚焦整形的研究已有很长的历史，物理学家在利用衍射光学元件进行聚焦整形提高光学分辨率方面做了许多的尝试和努力。1872年，rayleigh利用窄环形孔径研究产生了强度正比于的聚焦光斑。1952年，toraldodifrncia提出利用环形孔径阵列在有限视场获得无限超分辨率的概念，但该方法仍存在缺陷，在聚焦中心获得极小聚焦光斑的同时会在聚焦中心附近产生较强的旁瓣，其强度甚至超过主瓣强度。trmsales和gmmoris分析了光学超分辨率的基本限制。hliu等人则研究了衍射超分辨元件的设计原理及超分辨的极限。cjrsheppard等人则分析了利用圆环光瞳及径向偏振光提高显微镜分辨率的方法。使用纯相位衍射光学元件进行光束整形以避免振幅调制造成的能量损失，但这种方法会导致较强的旁瓣进而造成成像质量下降。为此，提出了采用称为“复数光瞳滤波器”的衍射光学元件来同时调制入射光束的振幅和相位，以期获得更好的聚焦性能。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：分析柱对称矢量光束的特性，讨论如何让通过改变柱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，介绍实现聚焦整形的衍射光学元件的设计方法，探讨不同类型轴对称偏振光束的聚焦整形技术，针对某些特殊需要获得几种典型的聚焦场。

目标：实现柱对称矢量光束的聚焦整形，获得几种典型的聚焦场。

拟采用的技术方案及措施：在给定的入射场及系统结构的基础上，将衍射光学元件（doe）放置于聚焦系统入瞳处，再根据要求的聚焦场分布来确定衍射光学元件的振幅透过率进而确定衍射光学元件的结构。因而完成聚焦整形系统的设计，首先要确定聚焦场的分布。在确定衍射光学元件的结构时，我们考虑到两种情况：一是当衍射光学元件的衍射特征尺寸远大于光波波长时，可以采用标量衍射理论进行设计；另一种是当衍射光学元件的衍射特征尺寸为波长量级或亚波长量级时，此时由于广播的偏振性质和不同偏振光之间的相互作用对光的衍射结果的影响，标量衍射理论中的假设和近似便不再成立，因而需要采用严格的是来那个衍射理论及设计方法。为了实现柱对称矢量光束的聚焦整形，对于衍射光学元件，我们采用环形结构，用透过率函数代表其对通过衍射光学元件光场的调整作用。

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，查阅柱对称矢量光束的特性以及聚焦整形技术的相关知识以及matlab的使用方法。确定方案，完成开题报告。

第4-8周：明确柱对称矢量光束聚焦整形理论，完成理论建模。

第9-13周：建立聚焦整形系统模型，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）

[1]炳琨，高以智，陈倜嵘等.激光原理[m].北京：国防工业出版社，2009.

[2]周哲海.轴对称偏振光束的生成、特性及应用[d].北京：清华大学图书馆，2010：8-12.

[3]金国潘，严瑛白，邬敏贤，等.二元光学[m].北京：国防工业出版社，1998.