矢量奇点光束的传播特性、强聚焦特性及其应用.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论又矢量奇点光束的传播特性、强聚焦特性及其应用作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：黄坤光学李永平教授二O一二年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeVectorSingularBeams’PropertiesOfPrOpagatiOn，TightlyFocusinganditsApplicationsAuthor’SName：speciality：Supervisor：Finishedtime：KunHuangOpticsProf．Yongpi

2、ngLiMay,2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：I董塑孝签字目期：汐J)．箩-弓。中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有

3、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。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。吒么开口保密(——年)作者签名：气缉签字日期：3uol：、分-≥o导师签名：李永季签字日期：2,,01．z、5-·；·摘要本论文的工作主要集中于研究矢量奇点光束的传输特性、强聚焦特性及其应用。通过严格的矢量电磁理论分析，并在高精度的数值模拟运算的辅助下，我们系统地描述了矢量奇点光束的振幅、偏振特性，严格证明了高阶偏振拓扑荷的矢量奇点光束是矢量Helmholtz方程的一组矢量光束特解，同时还拓展了其在微纳光学领域内的应用。

4、本论文取得的主要成果如下：l、首次证明了高阶偏振拓扑荷的矢量奇点光束是矢量Helmholtz方程的一组矢量光束特解。利用严格的矢量理论分析，通过傍轴近似和慢变包络近似，我们发现，满足矢量奇点光束的偏振类型的光束具有Bessel。Gaussiau型振幅分布，且非常著名的径向偏振光和角向偏振光都只是Bessel．Gaussian型矢量奇点光束的一种特例。这为高阶偏振拓扑荷、的矢量奇点光束在表面等离子光学、微纳光学等领域的应用提供了理论依据。并且，我们的结果丰富了光束物理的矢量光束的家族。2、针对矢量光束在介质或自由空闻传输而遇见形状不规则的障碍物时，提出了利用菲涅尔衍射来描述矢

5、量光束的偏振和能量变化。这为傍轴矢量光束的传输问题提供了最为方便的处理方法，在某些情况下(遇见形状极其不规则的障碍物)也是唯一的处理方法。同时，该方法为实验人员在利用矢量光束进行相关研究时提供了可靠的理论依据。3、根据径向偏振光的强聚焦特性，首次提出了决定其聚焦特性的定量参数＆，并在该参数的指导下简化并改善了环带位相型衍射光学元件的设计方法，以在焦区产生强纵向场光学‘'Needle'’，且指出了以前设计方法上的一些误区，为此类用途的衍射光学元件设计提供了重要的思路。另外，我们还设计了一款复振幅透过率连续分布的衍射光学元件来产生强纵向场光学‘Needie”。4、首次将带有涡旋

6、位相的角向偏振光引入到基于固体浸没透镜的光学系统中，解决了焦区的光柬能量在界面处不连续和样品中光斑尺寸随样品折射率增加而增大的问题。相比于其他已知的偏振类型的矢量光束，带有涡旋位相的角向偏振光无论在自由空间中，还是在焦区存在有多层介质中的焦斑尺寸都占有绝对的优势。这为提供现有光学仪器的性能提供了一个重要的思路——引进带有新颖偏振和位相的矢量光束作为光源。摘要5、在衍射光学元件的一些应用中，光学系统中带有傅里叶透镜，且目标面位于离焦面处，为了简化这个系统中的衍射光学元件设计，我们提供了该光学系统的一个等价系统，且该等价系统中不包含傅里叶透镜。我们研究了将该光学系统应用于太阳能

7、聚光中的光谱分束和聚焦整形问题上的可行性。关键词：矢量奇点光束，衍射光学元件，固体浸没透镜，强聚焦，偏振ⅡABSTRACTInthisthesis，wefocusoninvestigatingthepropertiesofpropagation，tightlyfocusingofvectorsingularbeamsandtheirapplicationsinsomefields．ThroughtherigorousanalysisofvectorElectromagnetictheoryandbythesuppo