轴对称矢量光束在光学捕获中的应用开题报告

全文总字数：4128字

1. 研究目的与意义（文献综述）

轴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。近年来轴对称偏振光束的研究受到了广泛关注，该类型光束在光学成像、光学捕获、粒子操控、光学显示、光学信息处理及材料加工等领域展示了巨大的应用价值。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：理解轴对称矢量光束光学特性，研究光束的基本操控、自由空间传播和高数值孔径聚焦特性，理解光学捕获的基本原理，研究利用高数值孔径聚焦的轴对称偏振光束进行光学捕获和利用轴对称偏振光束激发表面等离子体波进行光学捕获。对径向偏振光、切向偏振光以及高偏振级次轴对称偏振光束的高数值孔径聚焦场在满足瑞利散射条件下，以及利用高数值孔径聚焦的轴对称偏振光束在金属表面激发表面等离子体波，在金属表面捕获多个微小粒子，利用MATLAB对聚焦光场与介质球形粒子相互作用时的梯度力分布进行数值分析，研究其进行粒子捕获的可能性。

目标：理论研究轴对称矢量光束的基本操控、自由空间传播和高数值孔径聚焦特性，建立光学捕获力的计算模型，研究轴对称矢量光束在光学捕获方面的应用。

拟采用的技术方案及措施：在研究利用高数值孔径聚焦的轴对称偏振光束进行光学捕获时，建立光学捕获力计算模型，考虑两种情况下球形粒子捕获力的计算模型，一种情况是当捕获的球形粒子的半径a远大于捕获激光束的波长λ时，满足米氏散射条件，此时通过简单几何光线理论计算捕获力，另一种情况是当捕获的球形粒子的半径a远小于激光束波长λ时，瑞利散射条件成立，通过电偶极子理论计算捕获力。当瑞利散射条件成立时，通过其切趾函数，利用MATLAB仿真绘制出聚焦场在焦平面以及沿着光轴的强度分布，及其对应的梯度力的分布。 在研究利用轴对称偏振光束激发表面等离子体波进行光学捕获时，因为克雷奇曼装置激发金属/介质界面产生表面等离子体波的条件没有明确的解析表达式，根据p偏振光在玻璃基底/金属/介质三层结构中的反射系数或透射系数和第一类贝塞尔函数，导出聚焦的轴对称偏振光束在金属与介质界面激发的表面等离子波光场分布，利用MATLAB仿真绘制出表面等离子波光场的强度分布及其梯度力分布，通过分析在两种不情况下焦点处梯度力的方向和对捕获粒子施加的力，即周围媒质折射率小于粒子折射率，以及周围媒质折射率大于粒子折射率时，判断能否实现粒子捕获。

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，查阅轴对称矢量光束的特性以及光学捕获的基本原理。熟悉matlab的使用方法，确定方案，完成开题报告。

第4-8周：研究轴对称矢量光束的基本操控、自由空间传播和高数值孔径聚焦特性，完成理论分析。

第9-13周：建立轴对称矢量光束的经过高数值孔径的透镜后的光场强度分布及梯度力分布模型，进行仿真模拟，得到模拟结果，观察仿真图像，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,祝连庆.高级次轴对称偏振光束的聚焦特性及应用综述[j].激光与红外,2016,46(08):916-921.

[3]杨双燕. 光束的矢量性表征及其应用[d].上海大学,2014.