空变矢量光束聚焦电磁场反向的构建地地研究

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofScienceEngineeringofFocalFieldwithSpace-variantPolarizationthroughReversingRadiationofElectric-magneticDipoleArrayAThesisinEngineeringofLaserBeamByQingliangLiuAdvisedbyAssociateProf.JimingWangSubmittedinPartial

2、FulfillmentOftheRequirementsFortheDegreeofMasterofOpticsDecember,2011承诺书本人声明所呈现的硕士论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者姓名：_____

3、_日期：________南京航空航天大学硕士学位论文摘要自空变偏振的概念提出以后，由于其偏振态的局域相异特性，及在表面等离子体激发方面的特殊性质，受到了人们越来越广泛的关注。随着研究的深入，空变偏振光束在光频段信息存储、微纳尺度加工、粒子捕获、超分辨光学显微成像和等离子光子学技术等方面起着越来越重要的作用。本课题系统研究了空变偏振光束在大数值孔径成像系统中的聚焦特性，分析了聚焦矢量场在粒子捕获方面的应用。本论文首先设计了一种离散式的复振幅光瞳滤波器，用于构建大数值孔径成像系统中柱对称偏振矢量光束的特殊聚焦光场。输入角向偏振矢量光束，经圆对称的六个离散环带复

4、振幅滤波器滤波后聚焦。该滤波器半径已归一化，各环带具有不同透射振幅，外围两环带有相同的相位延迟，其余相邻透射环带间π反相。在聚焦区可获得超长（>8λ)的衍射受限“光管”场。该“光管”场为中空的纯角向偏振矢量光场，管中心沿轴向无光场分布，光管横向半径(0.31λ)在亚波长量级上，“光管”管壁为沿轴向平坦分布的角向偏振矢量场，无轴向旁瓣。该复振幅滤波器将在特殊三维矢量光场的构建以及利用该光场进行粒子捕获和操控方面获得重要的应用。本论文还提出了一种调控大数值孔径成像系统中径向偏振矢量光束的聚焦场分布方法，应用于动态地控制聚焦场的光场强度和偏振态。本文通过调整聚

5、焦区域电偶极子阵列中各电偶极子的位置、振幅和相位参数，反向推演获得光瞳面的光场强度和偏振态的局域变化，实现轴向“光针”场转变为多焦点聚焦场，光场的偏振方向旋转/4，聚焦场的横向半径保持不变，仍然维持在亚波长量级上。获得的多焦点聚焦场在多粒子捕获和光学显微成像方面有着重要的应用，同时为聚焦场的调制提供了一种理论上的分析方法。关键字：偏振光学，矢量衍射，大数值孔径聚焦，光瞳滤波器，光管场，多焦点聚焦场I空变矢量光束聚焦电磁场的反向构建研究ABSTRACTThevectorbeamwithspatiallyvariantpolarizationhasattra

6、ctedmanyresearchers'interestsforitsespecialpropertiesinfocusing.Itcanprovidebroadapplicationsinopticaldatastorage,nano-fabrication,particletrapping,high-resolutionmicroscopyandmetrology.Inthisdissertation,wesystemicallyinvestigatethefocalfieldwithspatiallyvariantstatesofpolarizati

7、on.Wealsogivetheapplicationofthefocalfieldintrappingparticles.Firstly,weproposeadiscretecomplexpupilfiltertocreatefocusedfieldinthehighnumericalaperturesystemusingcylindricalbeams.Theradiusofthisfilterisnormalizedto1.Anditconsistsofsixdiscretetransmittedannularzoneswithdifferentam

8、plitudeandshiftedphaseretardatio