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1、-范文最新推荐-1 / 7径向偏振光聚焦场的偏振特性研究+matlab 仿真摘要径向偏振光束是一种新颖的、形式独特的偏振光模式，其偏振机制与传统的线偏振和圆偏振有所不同。径向偏振光的电场具有轴对称特性，在横向截面内任意点的电矢量的偏振方向都通过光束中心轴，且聚焦成一个很小的光斑并产生一个很强的纵向分量。它优越的光学特性越来越被科学界所重视，并已应用于引导和捕捉粒子、粒子加速以及提高显微镜的分辨率等方面。本主要从理论论述和软件仿真这两个方面对径向偏振光进行详细的分析与讨论。从径向偏振光聚焦特性的理论研究出发，通过对其聚焦光斑，焦平面上的偏振态和相位奇点的细致研究和理解，从而进一步利用matlab
2、 软件仿真绘制出径向偏振光的场分布和光强度图。另外，径向偏振光的相干叠加产生法也在本文提及到。11768关键字：径向偏振光；聚焦特性；偏振态；相位奇点；毕业设计说明书（论文）外文摘要Title: The studying of focusing field of radially polarized beamsAbstructRadially polarized beam(RPB)is a novel type of beams with unique polarization mode. Its polarization type is quite different from the co
3、nventional linearly or circularly polarized beams. The electric field of radially polarized beam has cylindrical symmetry characteristics, the polarization direction of electric vector at any point in the transverse cross-section is at right angles to the beam central axis，and radially polarized bea
4、m can be focused to a narrower spot and creat a stronger longitudinal component. The scientific communities pay more and more attention on its superior optical properties. Radially -范文最新推荐-3 / 7polarized beam has been used as guide and capture particles, particle acceleration, and improve microscope
5、 resolution.In this paper, we conduct a detailed analysis of radially polarized beam from two aspects——theoretical discussion and simulation. Departured from the theory of the focusing of radially polarized beam, we further can use Matlab software to simulate and map out field distributi
6、on figure and intensity distribution figure of radially polarized beam by detailed-studying and understanding of focused spot, the polarization state in the focal plane and phase singularities. In addition, a generation method of coherent superposition of radially polarized beam is also mentioned in
7、 this paper. 本文中我们主要研究的是径向偏振光束，径向偏振光是电矢量振动方向在光束横截面上具有轴对称性,始终沿着径向的一种偏振光。其偏振电场分布如图 1所示,电场数学表达式为: ，其中 是径向单位矢量 。图 1 径向偏振光由于其独特的偏振分布，径向偏振光束具有独特的聚焦特性，特别是在高数值孔径情况下，径向偏振光在高数值孔径透镜聚焦时可以产生超越衍射极限的极小得焦点,比线偏振光和圆偏振光的聚焦点小得多 ,而且焦点区域的纵向电场变得非常强。聚焦时聚焦场具有一个很强的轴向分量，并可获得非常小的聚焦光斑，具有超分辨特性。因为这些独特的聚焦特性，径向偏振光束在很多领域具有巨大的应用价值 。通
8、常，我们认为径向偏振光聚焦时, 焦点处光斑直径比线偏振光聚焦时要小, 而且焦点处光场分布具有很强的纵向分量。有人通过数值计算的方法对径向偏振光和线偏振光的聚焦光斑进行了研究, 发现只有满足折射光线与光轴的夹角大于 70 度时, 径向偏振光的聚焦光斑直径才会变得小于线偏振光聚焦光斑沿偏振方向的光斑直径, 小于 70 度则相反 。径向偏振光的这一优越特性可被开发并用于光学显微、光刻和光学数值存储 。-范文最新推荐-5 / 7近年来, 人们对径向偏振光的研究尤其是其聚焦的特性越来越重视。焦点处光场具有很强的纵向分量正是光镊所需要的, 利用径向偏振光可以获得捕获更强的光镊以及光学势阱链 。由于径向偏振
9、光的中心对称性, 作为近场光学金属探针的照明光源，它能够获得更强的局域电磁场强度, 提高探针灵敏度 ,或提高光纤表面等离子体传感器的灵敏度。同时, 也能用径向偏振光通过偏振特性的检测分辨出纳米颗粒或单分子在三维空间中的方向 。 图 2 应用腔外干涉法生成径向偏振光的实验原理图1999 年，俄罗斯科学院的 A.V. Nesterov 等人通过在 CO2 激光器中放置一个偏振选择性的衍射镜作为激光谐振腔的尾镜（图 3） ，从而得到了径向偏振光输出。这种偏振选择性的衍射镜对径向偏振光具有很高的反射率（94%） ，且对于不想要的环形偏振部分则只有 72%的反射率。此实验的输出径向偏振光的功率达到 1.
10、8 千瓦，并具有很高的偏振纯度。图 3 应用偏振选择性的衍射镜作为激光谐振腔的尾镜来产生径向偏振光束的实验原理图2007 年，德国斯图加特大学的 M.A. Ahmed 等人在CO2 激光器谐振腔内，利用多层介质膜组成的圆形谐振光栅尾镜（图 4） ，从而获得了径向偏振光输出。此实验中应用的尾镜包含一个GaAs 底层和一组标准的 ZnSe 和 ThF4 层，以及一个沉积锗层。它是用来产生一束高功率的径向偏振光束，并通过光栅将环形偏振耦合进底层，从而抑制环形偏振。这种情况下，径向偏振光的反射率将达到近 100%。实验中得到了 3 千瓦的径向偏振光束输出功率，并在长时间的实验中，其功率达到 2.7 千
11、瓦且保持了数个小时，显示了其输出的高稳定性。图 4 偏振镜结构图2008 年，日本 Tokai 大学物理系的 Masamori Endo-范文最新推荐-7 / 7采用了一种新颖的激光谐振腔（图 5）来产生径向偏振光束。这种激光谐振腔利用一种 W 锥形镜作为谐振腔尾镜,其表面镀有偏振敏感介质反射膜。这种谐振腔与其它现有的驻波光学谐振腔是一致的。数值模拟结果显示，谐振腔后镜镀膜对 p 波和 s 波的反射率相差 1%时就有很好的偏振选择性。激光输出功率与标准的圆形后镜谐振腔相比没有任何下降。整个实验装置主体是一台 1KW 连续 CO2 激光器 。 径向偏振光聚焦场的偏振特性研究+matlab 仿真(3):
