基于Richards-Wolf矢量衍射積分理論,利用角向偏振渦旋光束經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡強(qiáng)聚焦后有徑向分量的結(jié)論,研究了經(jīng)衍射光學(xué)元件調(diào)制的角向偏振拉蓋爾高斯光束的4pi聚焦特性。模擬結(jié)果顯示,通過(guò)選取合適的攔截比、數(shù)值孔徑及衍射光學(xué)元件的外環(huán)結(jié)構(gòu)三個(gè)參量,可以在焦平面上得到平頂光場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)改變?nèi)齻�(gè)參量中的任意一個(gè)參量,平頂光場(chǎng)結(jié)構(gòu)均會(huì)向光針結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變;通過(guò)改變?nèi)齻�(gè)參量中的任意兩個(gè)參量,會(huì)獲得很好的暗通道結(jié)構(gòu),并且獲得的暗通道結(jié)構(gòu)基本相同。這些特殊焦場(chǎng)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換在光學(xué)微操控領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 

【文章來(lái)源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(12)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

4pi聚焦系統(tǒng)示意圖。（a）強(qiáng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)；（b)DOE結(jié)構(gòu)圖

基于單透鏡聚焦研究，在不改變模擬參量的條件下，研究了4pi聚焦系統(tǒng)的焦場(chǎng)分布，發(fā)現(xiàn)焦場(chǎng)在ρ-z(z為物空間坐標(biāo)系中光束傳輸方向的光強(qiáng)）平面呈光針結(jié)構(gòu)，如圖2所示。拓?fù)浜藬?shù)m=1的角向偏振拉蓋爾高斯光束經(jīng)過(guò)DOE和4pi聚焦系統(tǒng)后不再是對(duì)稱分布的周期性鏈狀結(jié)構(gòu)，而是光場(chǎng)強(qiáng)度呈明顯差異的拉伸型針狀結(jié)構(gòu)，中心聚焦部分的光場(chǎng)強(qiáng)度大大增加且分布均勻。這是因?yàn)樵?pi聚焦系統(tǒng)中，從兩個(gè)相反方向入射的角向偏振渦旋光場(chǎng)具有相位差π，互相干涉作用使得焦場(chǎng)會(huì)沿著ρ方向疊加。為了更詳細(xì)說(shuō)明光針結(jié)構(gòu)，圖2(b）、（c）給出了z=0平面處沿ρ方向的強(qiáng)度分布線圖和ρ=0平面處總焦場(chǎng)沿z方向的強(qiáng)度分布，可以看出，總光強(qiáng)關(guān)于ρ=0對(duì)稱分布，并且ρ=0時(shí)沿z方向的焦場(chǎng)是不變的。研究發(fā)現(xiàn)，改變4pi聚焦系統(tǒng)中某一個(gè)光學(xué)參量，光針結(jié)構(gòu)很容易被破壞，進(jìn)而形成其他特殊的焦場(chǎng)結(jié)構(gòu)。為了說(shuō)明焦點(diǎn)附近特殊光場(chǎng)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換和焦場(chǎng)結(jié)構(gòu)的可調(diào)控性，選擇三個(gè)參量為研究對(duì)象，分別是調(diào)節(jié)參量δ4、合適的NA和攔截比β值。

圖3(a）給出了β=1.4,NA=0.94，δ4=0.7時(shí)總焦場(chǎng)在ρ-z平面的強(qiáng)度分布，可以看出，角向偏振拉蓋爾高斯光束經(jīng)過(guò)DOE和高數(shù)值孔徑透鏡后在焦平面附近形成了以ρ=0軸為對(duì)稱軸的平頂光場(chǎng)聚焦圖。圖3(b）給出了在z=0平面處焦場(chǎng)沿ρ方向的強(qiáng)度分布曲線圖，可以看出，DOE外環(huán)參量對(duì)焦點(diǎn)附近的光場(chǎng)強(qiáng)度分布具有拉伸作用，在ρ=0兩側(cè)附近出現(xiàn)了寬度大約為0.7λ的平頂光場(chǎng)，光場(chǎng)強(qiáng)度較高且均勻分布。對(duì)比單透鏡聚焦形成的三光鏈結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)原來(lái)的兩側(cè)次光鏈的光場(chǎng)強(qiáng)度在4pi聚焦系統(tǒng)中也會(huì)發(fā)生改變，這是由兩側(cè)光場(chǎng)的相干疊加引起的。這些結(jié)果說(shuō)明DOE外環(huán)參量的改變會(huì)大大影響4pi焦場(chǎng)的結(jié)構(gòu)。為了詳細(xì)了解δ4對(duì)焦場(chǎng)的影響，保持其他參量與圖3的模擬參量相同。圖4給出了z=0平面處總光強(qiáng)在不同δ4值下沿ρ軸的線性分布圖�？梢钥闯�，δ4的取值對(duì)焦場(chǎng)的結(jié)構(gòu)有很大的影響，當(dāng)δ4由0.68增大到0.69時(shí)，光針結(jié)構(gòu)不改變，但光針寬度增加；當(dāng)δ4由0.69增加到0.70時(shí)，光針結(jié)構(gòu)消失，出現(xiàn)了平頂光場(chǎng)結(jié)構(gòu)；當(dāng)δ4增大到0.71時(shí)，平頂光場(chǎng)結(jié)構(gòu)消失，光場(chǎng)結(jié)構(gòu)有向暗通道結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，這為暗通道結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生提供了一個(gè)理論依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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