發(fā)布時間：2020-11-04 09:38

　　 近年來隨著偏振光學的迅速發(fā)展,人們逐漸意識到偏振能夠為光學技術的發(fā)展和應用提供更為豐富的自由度。由于獨特的空間偏振狀態(tài)分布,矢量光場在空間傳播演化及與物質相互作用的過程中產生了許多新的光學效應和現(xiàn)象,矢量光場已成為了一個令人關注的研究領域。本文主要圍繞矢量光場與復雜光學系統(tǒng)的相互作用及機理展開研究,旨在為解決偏振光學領域內的一些前沿問題,如精確調控矢量光場、優(yōu)化設計高性能的光學系統(tǒng)、提高對光場偏振特性的有效利用、校正和補償偏振敏感光學系統(tǒng)的偏振像差等科學問題,奠定理論基礎并提供技術指導。本文的主要研究內容如下:首先提出了一種基于雙延遲器級聯(lián)系統(tǒng)的矢量光場偏振調控方法。構建了利用雙延遲器級聯(lián)系統(tǒng)調控矢量光場的數(shù)學模型,詳細討論了多種不同組合模式下的偏振調控效果和變化規(guī)律,包括雙1/2波片組合、雙1/4波片組合、單1/2波片和單1/4波片組合,分析并仿真計算了不同組合模式對矢量光場的偏振態(tài)分布的影響,最后通過實驗驗證了該偏振調控方法的有效性。其次,以深紫外光刻投影物鏡為例研究了復雜光學系統(tǒng)自身的偏振特性。建立了光學薄膜偏振特性分析的數(shù)學模型,設計了深紫外增透膜系,并利用MATLAB語言實現(xiàn)了膜系偏振特性參數(shù)的計算;在此基礎上,基于三維偏振光追跡算法構建了三維偏振像差函數(shù),討論了三維偏振像差函數(shù)的光瞳分布與視場、波長、以及光學薄膜的關系,并分析了二向衰減像差和位相延遲像差的分布規(guī)律。最后,研究了矢量光場與深紫外光刻投影物鏡的相互作用及機理。分析了矢量光場對光學系統(tǒng)成像質量的影響,采用徑向矢量光場和切向矢量光場作為照明光源,討論了矢量光場的偏振態(tài)分布對深紫外光刻投影物鏡波像差的影響;研究了光學系統(tǒng)對入射的矢量光場偏振態(tài)分布的影響和調制作用,分析計算了采用不同的柱對稱矢量光場入射系統(tǒng)后,出射光場的偏振態(tài)的分布情況。
【學位單位】：長春理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：O436.3
【部分圖文】：

圖 1.1 矢量光場的偏振態(tài)空間分布：(a)徑向偏振光束；(b)切向偏振光束；（c）復雜偏振光束光的偏振特性為光場調控提供了新的自由度。由于獨特的空間偏振狀態(tài)分布，光場在空間傳播演化及與物質相互作用的過程中產生了許多新的光學效應和現(xiàn)象前矢量光場的主要應用如下：(1)光學微操控：根據(jù)矢量光場在高數(shù)值孔徑下的聚焦特性形成的光輻射壓力對粒子進行捕獲和操縱[16]，如圖 1.2 所示；(2)超衍射極限聚焦：利用柱對稱矢量光束進行超衍射極限聚焦，在信息存儲和微加工方面有重要應用價值[17-18]；(3)表面等離子激元：矢量光場與金屬微納材料作用后會出現(xiàn)負折射率[19]、非線應[20]和折射率變化[21]等效應，在微納光學、生物科學等方面有廣闊的應用前景；(4)飛秒矢量光場微納加工：飛秒矢量光束比傳統(tǒng)的線偏振激光束在微納加工上優(yōu)勢，具有效率高、材料損傷小、精度高、可進行三維加工[22]等特點。

光場的偏振態(tài)空間分布：(a)徑向偏振光束；(b)切向偏振光束；（c）振特性為光場調控提供了新的自由度。由于獨特的空間偏振間傳播演化及與物質相互作用的過程中產生了許多新的光學場的主要應用如下：微操控：根據(jù)矢量光場在高數(shù)值孔徑下的聚焦特性形成的光捕獲和操縱[16]，如圖 1.2 所示；射極限聚焦：利用柱對稱矢量光束進行超衍射極限聚焦，在面有重要應用價值[17-18]；等離子激元：矢量光場與金屬微納材料作用后會出現(xiàn)負折射射率變化[21]等效應，在微納光學、生物科學等方面有廣闊的矢量光場微納加工：飛秒矢量光束比傳統(tǒng)的線偏振激光束在有效率高、材料損傷小、精度高、可進行三維加工[22]等特點

18(a) S-plate(b) Retarder-1 (c) Retarder-2(d)圖 3.2 矢量光場偏振調制原理 3.2 所示，由 S 波片和雙延遲器組成的矢量光場調制原理圖。入射光光，一般是由激光器發(fā)出的基膜高斯光束，假設高斯光束偏振方向沿著沿著 z 軸，可用基爾霍夫公式表示為：( )( )2 22 2012( , , ) exp exp (z)(z) (z) 2x yA x yE x y z x ik z iR z ω ω ++= + + 為原點處（z=0）中心點的振幅， ω ( z)代表光斑的半徑， R ( z )代表 x 代表電矢量方向， ( z)代表位相,k 為波數(shù)。標量基膜高斯光場經調制為徑向矢量光束，如圖 3.1(d)所示，徑向矢量光場橫截面上任意表示為：
【參考文獻】

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2 席思星;王曉雷;黃帥;常勝江;林列;;基于光學全息的任意矢量光的生成方法[J];物理學報;2015年12期

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本文編號：2869928