矢量反常涡旋光束的深聚焦及辐射力研究

发布时间：2020-07-02 19:28

【摘要】：激光光束通过高数值孔径透镜后有许多优异的性质,因此在光学微操纵,材料加工,高分辨率成像,粒子加速与传输,以及原子光学和分子光学等领域具有广泛的应用前景。许多研究学者对各类光束的深聚焦进行了研究,如部分相干涡旋线偏振光束,各类偏振超短脉冲光束,径向偏振和角向偏振光束等光束的深聚焦特性,研究了焦平面附近的光强,相干度和偏振度特性等。另一方面,光镊由于其精确操纵、非接触性以及对被捕获粒子无机械损伤等特点,在生物和医学,物理化学和材料科学等领域得到广泛的应用。自反常涡旋光束被提出以来,这种新型光束的深聚焦特性并没有被研究过,论文基于矢量Debye积分理论和瑞利散射理论,分析了线偏振反常涡旋光束和圆偏振反常涡旋光束的深聚焦场特性以及深聚焦场对瑞利粒子的俘获稳定性。论文的主要研究工作如下:1、研究线偏振反常涡旋光束的深聚焦特性。理论推导了线偏振反常涡旋光束经高数值孔径透镜后深聚焦的光场表达式,数值计算各相关参数的取值对焦点附近光强分布的影响。发现拓扑荷数m对光强分布的影响要高于阶数n,在经过焦平面时,深聚场的相位会发生反转。2、研究圆偏振反常涡旋光束的深聚焦特性。理论推导了圆偏振反常涡旋光束在焦点附近的光场表达式。数值讨论了拓扑荷数和阶数对强度分布的影响,研究了其相位特性。调节相关参数,发现圆偏振反常涡旋光束深聚焦场在不同的传播平面可以得到平顶光束,因此结合高数值孔径透镜,圆偏振反常涡旋光束可以作为产生平顶光束的入射光源。3、研究矢量反常涡旋光束深聚焦场的辐射力。在前面研究内容的基础上,基于瑞利散射理论、推导的线偏振反常涡旋光束和圆偏振反常涡旋光束的深聚焦场表达式,计算了深聚焦场下瑞利粒子受到的梯度力和散射力,数值讨论分析深聚焦光场对粒子的俘获稳定性。通过调整相关参数,发现线偏振反常涡旋光束和圆偏振反常涡旋光束的深聚焦场对低折射率粒子或高折射粒子均能实现稳定捕获。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24

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本文编号：2738586