紧聚焦径向偏振光的焦场调控研究

发布时间：2023-08-11 17:40

　　相比于标量光束的紧聚焦特性,圆柱矢量光束在大数值孔径透镜聚焦下表现出许多新颖的特性。结合光瞳滤波器在光瞳平面上对圆柱矢量光束的振幅、相位和偏振进行调控,可以在透镜的几何焦点附近得到诸如光轴上多焦点、光针和焦平面上的焦点阵列等特殊的光场,而这些特殊的光场分布已经在微纳制造,显微成像和粒子操纵等领域发挥了重大作用。因此如何设计光瞳滤波器进一步完善和提高这些特殊的紧聚焦场的表现,深入挖掘圆柱矢量光束的紧聚焦特性是非常具有实际意义的课题。作为圆柱矢量光束的一种,径向偏振光在紧聚焦情形下表现出很强的纵向分量。本文专注于对紧聚焦条件下的径向偏振光的调控,通过设计光瞳滤波器分别对光轴上多焦点分布,纵向偏振光针和焦平面上的焦点阵列这三类光场的调控方案进行了完善。本文的主要内容如下:首先,我们对光轴上可控位置和光强比例的多焦点调控方案进行了研究。这里,我们探索了多环带衍射光学元件(Diffiractive optical element,DOE)的设计方法,提出了一种分解优化的设计方法来解决多环带DOE优化求解困难的问题。在这种分解优化的设计方法中,我们采用了遗传算法并将多环带DOE分解为多个环带较少的...

【文章页数】：107 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 圆柱矢量光束概述
        1.1.1 偏振态与光强分布
        1.1.2 紧聚焦特性
        1.1.3 圆柱矢量光束的产生
    1.2 圆柱矢量光束的应用
        1.2.1 微纳制造
        1.2.2 显微成像
        1.2.3 粒子操纵
        1.2.4 表面等离激元的激发
    1.3 圆柱矢量光束的调控
        1.3.1 光轴上多焦点调控
        1.3.2 纵向偏振光针调控
        1.3.3 焦平面上焦点阵列调控
    1.4 本文的研究内容和章节安排
第2章 径向偏振光的紧聚焦理论
    2.1 引言
    2.2 RICHARDS-WOLF矢量衍射理论
    2.3 径向偏振光的紧聚焦特性及调控
    2.4 遗传算法
    2.5 本章小结
第3章 光轴上可控位置和光强比例多焦点设计
    3.1 引言
    3.2 多环带DOE的设计
    3.3 多环带DOE的分解优化设计方法
    3.4 光轴上可控位置和光强比例多焦点
        3.4.1 遗传算法设定
        3.4.2 七环带DOE设计
        3.4.3 更多环带DOE设计
    3.5 本章小结
第4章 较长、高光强均匀性纵向偏振光针设计
    4.1 引言
    4.2 紧聚焦系统中焦点三维偏移
    4.3 多焦点融合实现高光强均匀性光针
        4.3.1 光轴上多焦点调控
        4.3.2 基于多焦点位置优化的光针产生方法
    4.4 较长、高光强均匀性纵向偏振光针设计
    4.5 指定长度光针的设计
    4.6 本章小结
第5章 大规模、高光强均匀性焦点阵列设计
    5.1 引言
    5.2 实现焦点阵列的光瞳滤波器设计
    5.3 焦点阵列中焦点个数及位置的控制
        5.3.1 参数C的影响
        5.3.2 参数N及(x_m,y_m)的影响
    5.4 焦点阵列光强均匀性分析
    5.5 扩展式产生规则的大规模焦点阵列
    5.6 复振幅光瞳滤波器实现方法初步探讨
    5.7 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 主要创新点
    6.3 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3841470