双曲线顶点对轴锥镜聚焦柱矢量光束的影响
发布时间：2021-06-23 19:18
基于瑞利-索末菲矢量衍射理论和振幅透过率函数,研究了轴锥镜的柱矢量光束聚焦特性。研究结果表明,径向偏振光的矢量聚焦场由径向分量及轴向分量构成,而角向偏振光的矢量聚焦场仅由角向分量构成,同时聚焦场焦深随束腰半径的增大而增加。相较理想情况,锥顶为双曲线时,焦深几乎不变,但光强因干涉效应发生振荡,其依赖于入射光的束腰半径,当径向偏振光束腰半径达到4 mm,角向偏振光束腰半径达到3.5 mm时,振荡现象消失。研究结果为轴锥镜的实际应用,以及进一步完善柱矢量光束聚焦场理论提供了参考。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
不同束腰半径的径向偏振光经理想轴锥镜及双曲线顶点轴锥镜聚焦后的光强分布。
E x (ρ,β,z)= -kzcosβ r 2 exp(jkr) ∫ 0 R ρ 0 2 ω exp(ξ)J 1 ( kρρ 0 r )dρ 0 , ??? (6) E y (ρ,β,z)= -kzsinβ r 2 exp(jkr) ∫ 0 R ρ 0 2 ω exp(ξ)J 1 ( kρρ 0 r )dρ 0 , ??? (7) E z (ρ,z)= -ik r 2 exp(jkr) ∫ 0 R ρ 0 2 ω exp(ξ)[ ρ 0 J 0 ( kρρ 0 r )+iρJ 1 ( kρρ 0 r ) ]dρ 0 。 ??? (8)电场矢量的笛卡尔分量可以转换成径向分量和轴向分量,(8)式即为电场矢量的轴向分量,电场矢量的径向分量为
很明显,聚焦场总的电场为径向分量和轴向分量的矢量和,其中径向分量上的光强为中空结构,光强呈环形分布,光轴上的光强为零,轴向分量光轴上的光强最大,同时相较于最大光强,中心光斑周围环的光强较小,聚焦场总光强为两分量光强之和。图1为电场矢量的径向分量及角向分量的光强等高线图,图1(a)为径向分量的光强等高线,图1(b)为轴向分量的光强等高线,等高线上的数值为光强大小,模拟参数取ω=5 mm,n=1.5,γ=1°,λ=632.8 mm, R=10 mm。由图1(b)可知,轴向分量的光强最大值为0.03,与径向分量光强相差甚远,很明显径向分量占据了主导地位,这也就意味着总光强主要由径向分量决定,图中插图为500 mm处的光强分布。图2为径向偏振光经理想轴锥镜聚焦后的光强分布,图2(a)为ρ-z平面内的光强分布图,图2(b)和2(c)为不同传输距离处的纵截面光强分布。由图2(b)可看出,在z处于100～900 mm的范围内时:截面光强的径向分布可以用第一类一阶贝塞尔函数表示,轴向光强为零,存在相位奇点,形成了一种空心光束;同时在不同的传输距离处,光强分布曲线几乎完全重合,光束截面光斑条纹呈现均匀分布,光束既没有发散也无收敛现象,表现出典型的“无衍射”特征,即不具备无衍射特性的径向偏振光经理想轴锥镜聚焦后生成了无衍射光束,无衍射光束的传输区域为无衍射区域。由图2(c)可看出无衍射光束随着传输距离的增加而发生发散现象,无衍射特征消失。
【参考文献】：
期刊论文
[1]亚波长光栅负折射透镜的柱矢量光束聚焦特性[J]. 刘山峰,袁沭娟,孙钰淇,杨茜,刘扬眉,刘宁,陆云清,许吉. 光学学报. 2019(11)
[2]轴棱锥透镜面形偏差对无衍射光束传播特性的影响[J]. 杨贵洋,马国鹭,曾国英. 光子学报. 2019(01)
[3]基于光场调控的高时空分辨率光学成像[J]. 李润丰,施可彬. 光学学报. 2019(01)
[4]离轴像散对高阶贝塞尔光束的影响[J]. 胡润,吴逢铁,朱清智,杨艳飞. 光学学报. 2017(08)
[5]像散对径向偏振无衍射光束产生的影响[J]. 林惠川,蒲继雄. 激光与光电子学进展. 2015(01)
[6]基于双环混合偏振矢量光束实现光学囚笼实时操纵的理论研究[J]. 刘海港,杨艳芳,何英,冷梅,常强,李春芳. 中国激光. 2012(03)
[7]矢量偏振光束的产生及其高数值孔径聚焦性质[J]. 张艳丽,李小燕,朱健强. 中国激光. 2009(01)
[8]像散对轴棱锥衍射特性的影响与修正[J]. 江新光,吴逢铁. 物理学报. 2008(07)
本文编号：3245513
【文章来源】：中国激光. 2020,47(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
不同束腰半径的径向偏振光经理想轴锥镜及双曲线顶点轴锥镜聚焦后的光强分布。
E x (ρ,β,z)= -kzcosβ r 2 exp(jkr) ∫ 0 R ρ 0 2 ω exp(ξ)J 1 ( kρρ 0 r )dρ 0 , ??? (6) E y (ρ,β,z)= -kzsinβ r 2 exp(jkr) ∫ 0 R ρ 0 2 ω exp(ξ)J 1 ( kρρ 0 r )dρ 0 , ??? (7) E z (ρ,z)= -ik r 2 exp(jkr) ∫ 0 R ρ 0 2 ω exp(ξ)[ ρ 0 J 0 ( kρρ 0 r )+iρJ 1 ( kρρ 0 r ) ]dρ 0 。 ??? (8)电场矢量的笛卡尔分量可以转换成径向分量和轴向分量,(8)式即为电场矢量的轴向分量,电场矢量的径向分量为
很明显,聚焦场总的电场为径向分量和轴向分量的矢量和,其中径向分量上的光强为中空结构,光强呈环形分布,光轴上的光强为零,轴向分量光轴上的光强最大,同时相较于最大光强,中心光斑周围环的光强较小,聚焦场总光强为两分量光强之和。图1为电场矢量的径向分量及角向分量的光强等高线图,图1(a)为径向分量的光强等高线,图1(b)为轴向分量的光强等高线,等高线上的数值为光强大小,模拟参数取ω=5 mm,n=1.5,γ=1°,λ=632.8 mm, R=10 mm。由图1(b)可知,轴向分量的光强最大值为0.03,与径向分量光强相差甚远,很明显径向分量占据了主导地位,这也就意味着总光强主要由径向分量决定,图中插图为500 mm处的光强分布。图2为径向偏振光经理想轴锥镜聚焦后的光强分布,图2(a)为ρ-z平面内的光强分布图,图2(b)和2(c)为不同传输距离处的纵截面光强分布。由图2(b)可看出,在z处于100～900 mm的范围内时:截面光强的径向分布可以用第一类一阶贝塞尔函数表示,轴向光强为零,存在相位奇点,形成了一种空心光束;同时在不同的传输距离处,光强分布曲线几乎完全重合,光束截面光斑条纹呈现均匀分布,光束既没有发散也无收敛现象,表现出典型的“无衍射”特征,即不具备无衍射特性的径向偏振光经理想轴锥镜聚焦后生成了无衍射光束,无衍射光束的传输区域为无衍射区域。由图2(c)可看出无衍射光束随着传输距离的增加而发生发散现象,无衍射特征消失。
【参考文献】：
期刊论文
[1]亚波长光栅负折射透镜的柱矢量光束聚焦特性[J]. 刘山峰,袁沭娟,孙钰淇,杨茜,刘扬眉,刘宁,陆云清,许吉. 光学学报. 2019(11)
[2]轴棱锥透镜面形偏差对无衍射光束传播特性的影响[J]. 杨贵洋,马国鹭,曾国英. 光子学报. 2019(01)
[3]基于光场调控的高时空分辨率光学成像[J]. 李润丰,施可彬. 光学学报. 2019(01)
[4]离轴像散对高阶贝塞尔光束的影响[J]. 胡润,吴逢铁,朱清智,杨艳飞. 光学学报. 2017(08)
[5]像散对径向偏振无衍射光束产生的影响[J]. 林惠川,蒲继雄. 激光与光电子学进展. 2015(01)
[6]基于双环混合偏振矢量光束实现光学囚笼实时操纵的理论研究[J]. 刘海港,杨艳芳,何英,冷梅,常强,李春芳. 中国激光. 2012(03)
[7]矢量偏振光束的产生及其高数值孔径聚焦性质[J]. 张艳丽,李小燕,朱健强. 中国激光. 2009(01)
[8]像散对轴棱锥衍射特性的影响与修正[J]. 江新光,吴逢铁. 物理学报. 2008(07)
本文编号：3245513
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