轴对称偏振光束的聚集与大气传输特性的研究

摘要

作为一种偏振态空间非均匀分布的光束，轴对称偏振光束具有关于轴对称的偏振分布特性，且光束的传播轴就是对称轴。轴对称偏振光束这些独特的光学特性使该类型光束在光学成像、光学捕获、材料加工及表面等离子体激发等方面展现出潜在的应用价值。根据目前的研究现状，本文对轴对称偏振光束的生成方法、光学特性进行了更加深入的研究并简单介绍其应用前景。
　　基于矢量衍射理论，推导出了轴对称偏振光束在自由空间聚焦场的数学表达式，模拟分析了不同偏振级次的轴对称偏振光束聚焦场的强度、相位及偏振分布。研究表明轴对称偏振光束经过高数值孔径后的聚焦场具有很强的轴向分量，在焦平面附近可产生多个超分辨聚焦光斑。焦斑数量由光束偏振级次P决定，为2×(P-1)，聚焦光场依然保持轴对称偏振分布。基于高数值孔径透镜搭建光学系统，对径向偏振光和角向偏振光的聚焦场进行初步测试，数值分析结果与理论分析相吻合。
　　根据广义的惠更斯-菲涅耳原理和光束相干-偏振矩阵，推导出湍流大气中轴对称偏振光束经圆孔衍射的平均光强和偏振度的解析式。该解析式有助于研究经圆孔衍射的轴对称偏振光束通过湍流大气后的平均光强分布和偏振特性。径向偏振、角向偏振、无孔以及自由空间的情况都可以作为该解析式的特例统一处理。分析表明，平均光强和偏振度与轴对称偏振光束的偏振方向无关，而与湍流大气折射率结构常数和截断参数密切相关。光阑的存在加强了轴对称偏振光束的相干性，减弱了大气湍流的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 基本概念

1．2 发展现状和前景

1．3 本论文主要研究内容

第2章 轴对称偏振光束的生成方法

2．1 腔内选模法

2．2 显偏器法

2．3 径向偏振光束的生成方法

2．3．1 亚波长金属光栅镜法

2．3．2 W锥形镜谐振腔法

第3章 轴对称偏振拉盖尔-高斯光束的聚焦特性研究

3．1 理查德-沃尔夫模型的理论分析和搭建

3．2 轴对称偏振拉盖尔-高斯光束的数值计算结果与讨论

3．2．1 轴对称偏振光束(P=1，Q=0)

3．2．2 高偏振级次轴对称偏振光束(P=1，Q=2)

3．3 轴对称偏振拉盖尔-高斯光束的聚焦特性

3．4 小结

第4章 轴对称偏振高斯光束通过湍流大气的传输特性研究

4．1 湍流大气理论

4．2 经圆孔衍射的轴对称偏振光束在湍流大气中的传输特性

4．2．1 湍流大气中轴对称偏振光束经圆孔衍射的平均光强

4．2．2 湍流大气中轴对称偏振光束经圆孔衍射的偏振特性

4．3 小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文