摘要
与传统的偏振态空间均匀分布的标量光场不同，矢量光场的偏振态在空间非均匀分布即偏振态是空间变化的，所以其紧聚焦后会获得很多新颖的焦场分布，因此在光学微操控、单分子成像、超衍射显微成像和光通信等很多领域都有着广泛的应用。本论文主要对柱对称性矢量光场的紧聚焦、基于相位调控的涡旋矢量光场的紧聚焦和基于振幅调控的圆孔对称性破缺矢量光场的紧聚焦及其应用进行了理论研究。主要内容如下: 1.对矢量光场的基本知识、基本原理进行了介绍。从光场相位和偏振态的空域调控出发，对矢量光场和涡旋矢量光场进行了描述，介绍了常规的标量光场、矢量光场和带有螺旋相位的矢量光场的区别和联系;对生成矢量光场的主动和被动方法进行了介绍，对比了两种方法各自的优缺点，并对目前最常用的基于4f系统和液晶空间光调制器联合生成矢量光场的被动法进行了重点概述。 2.介绍矢量光场紧聚焦三维焦场分布计算理论。基于Richards-Wolf矢量衍射理论，对矢量光场的紧聚焦焦场进行了详细的描述，给出了如径向、旋向矢量光场及线偏振和圆偏振的标量光场的紧聚焦焦场特点。 3.基于矢量衍射理论，计算了涡旋相位分布的矢量光场的紧聚焦焦场分布情况。通过改变径向和旋向拓扑荷数及螺旋相位拓扑数等参数，计算了不同条件下的焦场分布，发现当旋向拓扑荷与螺旋相位拓扑荷数一致时，可得到具有中心极强值的聚焦光斑，其光斑大小约0.2λ2(FWHM);反之，焦场呈现中空的环状结构。 4.基于矢量衍射理论，研究了基于振幅调制的圆孔对称性破缺矢量光场的紧聚焦焦场分布特点。通过调节圆孔光阑的孔半径、位置、数量等几何参数以及入射光场的偏振、模式、附加相位等参量，分析其对紧聚焦焦场分布的影响。在此基础上，通过在外圈圆孔处引入附加相位实现了振幅和相位联合调控的焦场调控目的。
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