【摘要】：柱矢量光束具有獨(dú)特的光強(qiáng)和偏振分布,其亞波長(zhǎng)聚焦具有特殊的性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用,科研工作者們已經(jīng)提出了許多不同的實(shí)現(xiàn)和調(diào)控方法,然而現(xiàn)有的各種方法都存在一定的局限性。傳統(tǒng)的透鏡難以實(shí)現(xiàn)更加緊致的聚焦且調(diào)控焦場(chǎng)的靈活性較低,因此研究熱點(diǎn)轉(zhuǎn)向了微結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。柱對(duì)稱(chēng)的等離激元透鏡可以聚焦柱矢量光束的徑向分量,并且具有器件集成度高的優(yōu)勢(shì),但具有偏振態(tài)的局限性。為了拓寬柱矢量光束聚焦的應(yīng)用領(lǐng)域,需要實(shí)現(xiàn)突破聚焦光束偏振態(tài)的限制的緊聚焦,并對(duì)焦場(chǎng)進(jìn)一步靈活調(diào)控。本文基于一維光子晶體理論,利用其在第二能帶對(duì)正交偏振態(tài)同時(shí)有效的負(fù)折射效應(yīng),設(shè)計(jì)出柱對(duì)稱(chēng)的一維光子晶體平凹透鏡結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)柱矢量光束各偏振分量的同時(shí)亞波長(zhǎng)聚焦。進(jìn)一步通過(guò)改變柱矢量光束的偏振組分和剪裁平凹鏡的出射表面形貌,使焦場(chǎng)的橫向和縱向場(chǎng)分布得以靈活調(diào)控。并基于此,首次提出一維光子晶體平錐透鏡結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了具有長(zhǎng)焦深特性的光針和光管形貌的特殊焦場(chǎng)。其中,光針焦場(chǎng)的橫向半高寬達(dá)到了理論上的極小值0.36λ。并且,焦場(chǎng)的焦深可以通過(guò)改變器件尺寸得到靈活地調(diào)控。在一維光子晶體的工作基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地借助負(fù)折射效應(yīng)衍生出一種均一介質(zhì)結(jié)構(gòu),即負(fù)折射率介質(zhì)柵透鏡,對(duì)柱矢量光束的聚焦及焦場(chǎng)調(diào)控進(jìn)行研究,實(shí)現(xiàn)了上述的聚焦現(xiàn)象及調(diào)控效果。本文的工作為柱矢量光束的亞波長(zhǎng)調(diào)控方式提供了新的切入角度,拓展了負(fù)折射率材料一維光子晶體和光柵透鏡在柱矢量光束調(diào)控領(lǐng)域的應(yīng)用,可供光學(xué)顯微、微納光學(xué)加工、光學(xué)微操縱等應(yīng)用領(lǐng)域提供理論參考。
[Abstract]:Cylindrical vector beam has unique intensity and polarization distribution, and its sub-wavelength focusing has special properties and wide applications. Researchers have proposed many different realization and control methods. However, the existing methods have some limitations. It is difficult for the traditional lens to achieve more compact focusing and the flexibility of controlling the focal field is low, so the research focus turns to the micro-structure field. The cylindrical symmetric equidistant exciton lens can focus on the radial component of the cylindrical vector beam, and has the advantage of high integration of devices, but has the limitation of polarization state. In order to extend the application field of wide-column vector beam focusing, it is necessary to achieve tight focusing beyond the limit of polarization state of focused beam, and further flexible control of focal field is needed. In this paper, based on the one-dimensional photonic crystal theory, we use the negative refraction effect of the second band to the orthogonal polarization at the same time. A cylindrical symmetric one-dimensional photonic crystal flat concave lens structure is designed to focus each polarization component of cylindrical vector beam at the same time. Furthermore, the transverse and longitudinal field distribution of the focal field can be flexibly controlled by changing the polarization component of the cylindrical vector beam and the shape of the exit surface of the trimmed concave mirror. Based on this, the flat cone lens structure of one-dimensional photonic crystal is proposed for the first time, and the special focal field of the optical needle and tube with the characteristics of long focal depth is realized. Among them, the transverse half-width of the focal field of the optical needle reaches the theoretical minimum of 0.36 位. Moreover, the focal depth of the focal field can be flexibly adjusted by changing the size of the device. Based on the work of one-dimensional photonic crystal, a kind of homogeneous dielectric structure, called negative refractive index dielectric grating lens, is derived by means of negative refraction effect, and the focusing and focal field regulation of cylindrical vector beam are studied. The focus phenomenon and the control effect are realized. The work in this paper provides a new cutting angle for the sub-wavelength control of column vector beam, and extends the application of negative refractive index material one-dimensional photonic crystal and grating lens in the field of column vector beam control, which can be used for optical microscopy, micro-nano optical processing, and so on. The application fields of optical micro-manipulation provide theoretical reference.
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O734;O436.3

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本文編號(hào)：2458901