轴对称矢量光束经高数值孔径透镜的聚焦特性开题报告

全文总字数：3123字

1. 研究目的与意义（文献综述）

光的偏振性是光的重要特性之一,常见的偏振光有线偏光,圆偏光及椭圆偏振光,这些偏振光属于空间均匀光束。而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。

关于轴对称偏振光束的研究可以追溯到1972年，d pohl在红宝石激光器中利用模式选择器获得了纯横电场模式teo1。同年，y mushiake等人利用特殊设计的锥形模式选择器在he-ne激光器中获得了径向偏振光，这是利用激光振荡方式首次实验获得径向偏振光束。自此，关于径向偏振光及其他轴对称偏振光束的研究越来越广泛和深入，并在近十年逐渐成为光学领域的研究热点。随着对光的偏振特性研究的深入,一种新型的偏振光一轴对称矢量光束成为研究的热点,大量科研工作者对轴对称矢量光束的特性、产生方式及聚焦特性进行了深入研究。

我们国家开始关注并着手研究轴对称矢量光束的时间比较晚，不过在近年来，轴对称光的奇异性质引起了光学界广泛的兴趣，很多关于轴对称偏振光的理论及实验应用研究不断取得进展。如将其应用于显微镜及全息术，电子加速,光捕获与光操纵，高分辨率度量等等。在这些应用当中，由于独特的偏振分布，最引人注目的是轴对称光的高数值孔径聚焦特性，与空间均匀的线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光相比，轴对称光束在高数值孔径系统中聚焦时会产生一个很强的轴向分量,并获得更小的聚焦光斑，具有超分辨特性。1959年，b richards和e wolf研究了高数值孔径情况下的聚焦特性。在2000年，k s youngworth和t g brown基于b richards和e wolf的矢量衍射理论推导了径向偏振光及切向偏振光在高数值孔径聚焦系统中聚焦场的数学表达式，研究了这两种矢量光束的聚焦特性。s quabis等人也研究了径向偏以及将其作为高清晰探针的应用前景。同时，由于具有轴对称特性,在高会聚焦点附近的电场呈现出独特的偏振性。例如，轴对称光束聚焦的焦点附近，光场的纵向分量明显大于横向分量，而且纵向焦点的尺寸远小于横向焦点的尺寸。这种特殊的聚焦光场将被应用于高清晰显微成像，微全息，度量衡及非线性光学等众多领域。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：理解轴对称矢量光束的特性，基于电偶极子辐射模型和矢量衍射理论来研究轴对称矢量光束经高数值孔径透镜的聚焦特性。根据矢量衍射理论推导轴对称矢量光束通过高数值孔径的透镜所形成的聚焦光场的电场强度分布表达式。利用matlab进行仿真，通过改变径向偏振和方位角偏振光照明，讨论入射方向不同使得不同场分量对聚焦光场光强以及暗斑的影响，着重观察暗斑的变化情况。

目标：理论研究轴对称矢量光束经高数值孔径透镜的聚焦特性，建立轴对称矢量光束经高数值孔径透镜的聚焦模型，研究对称矢量光束潜在的应用价值。

拟采用的技术方案及措施：建立高数值孔径透镜聚焦的光路模型，根据光路分析从径向偏振光和方位角偏振光入射的特性，基于电偶极子辐射模型和矢量衍射理论，必要时可以考虑光路之间的一些近似条件，理论推导得出聚焦光场的电场强度分布表达式。利用matlab绘制出轴对称矢量光束在焦点附近的归一化光强分布和相对应的强度响应分布图，分别观察暗斑的大小变化以及相应的方向场分量图随着方向场分量的变化是怎样变化的。在得到径向偏振光聚焦后径向场分量和纵向场分量图，另外绘制出总光场的分布情况与之对比，可以知道哪个方向的分量占主导地位。

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其经高数值孔径透镜聚焦的特性，熟悉matlab的使用方法。确定方案，完成开题报告。

第4-8周：明确轴对称矢量光束聚焦理论，完成理论推导。

第9-13周：建立轴对称矢量光束经高数值孔径透镜的聚焦模型，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] 赵维谦，唐芳，邱丽荣，刘大礼. 轴对称矢量光束聚焦特性研究现状及其应用. 北京：北京理工大学，2013，05-001

[2] 李永平，陈昊. 轴对称光束高数值孔径聚焦性质及应用. 量子电子学报，2007，01-049

[3] 李劲松.矢量光束的聚焦特性研究. 杭州：中国计量学院，2013，12-10