高次方涡旋光束经大数值孔径透镜的聚焦特性

为了获得多种类型的波长量级聚焦光斑,研究了一种新型涡旋光束,高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦。基于矢量德拜积分公式,理论上研究了线偏振的高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦特性。研究了涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数对聚焦平面光强和电场x分量的相位分布的影响。研究结果表明,通过控制涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数可以产生不同类型的聚焦光强分布,例如尺寸约为2个波长大小的实心和空心型聚焦光斑。此外,与普通的涡旋光束聚焦不同,高次方涡旋光束聚焦后的奇点并不在焦点处。这些特殊的聚焦光斑有望在微粒的操控等领域中得到应用。

径向偏振高次方指数涡旋光束的紧聚焦特性

为了获得一些具有特殊光强分布的波长量级聚焦光斑,理论研究了具有径向偏振特性的高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦。基于矢量德拜理论,对径向偏振高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜聚焦的光强和相位进行了数值模拟研究。关于聚焦平面光强分布的研究发现,聚焦光斑的光强与高次方涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数有关。拓扑荷数为1的一次方涡旋光束的聚焦光强呈现圆对称分布,随着光束幂次方数的增加,演变为非圆对称分布。拓扑荷数为2的一次方涡旋光束的聚焦光斑为中空的圆对称分布,随着光束幂次方数的增加,其暗核形状会变化并最终消失。紧聚焦的径向偏振光会产生较强的纵向分量,因此本文还研究了光束的纵向相位分布,研究发现纵向相位奇点的数目与涡旋光束的拓扑荷数相同。获得了不同光强分布的尺寸为波长量级的聚焦光斑,这些研究结果有望在基于激光的光学操控中得到应用。