无衍射Mathieu光束自重建特性的理论和实验研究

首次对无衍射Mathieu光束的自重建特性进行理论和实验研究,利用Mathieu-Hankel波理论分析了Mathieu光束的自重建机理.基于菲涅尔衍射积分理论,推导出了高斯吸收型圆形障碍物部分遮挡后的Mathieu光场重建后的解析表达式,并数值模拟了无衍射Mathieu光束的经圆形障碍物部分遮挡后光场的自重建过程.采用柱透镜-轴棱锥组合光学系统产生近似零阶无衍射Mathieu光束,实验分别验证了轴上和轴外障碍物遮挡时近似零阶无衍射Mathieu光束的自重建特性.理论模拟与实验结果相符.

无衍射光束自重建的两种方法

利用透镜聚焦法与障碍物重建法实现无衍射光束的自重建,对无衍射光束自重建的传播特性及其光强分布变化进行数值模拟.结果表明,利用聚焦透镜与障碍物都可以使无衍射光重建,但重建后的无衍射光束的中心光斑的光强都较重建前弱,且光斑半径较大,亮环也较稀疏.利用聚焦透镜实现重建,只要加另一透镜进行矫正,便可得到光束质量非常好的无衍射光,且无衍射距离较重建前更长.利用Bessel光经障碍物重建,无需借助额外的实验装置,便可方便地对粒子进行捕获,而且重建后的无衍射光经过障碍物可再重建.