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激光束的大数值孔径聚焦是近年来兴起的新课题，特别是1959年提出Debye矢量衍射积分理论后，很多研究者对各类光束的大数值孔径聚焦做了相关的研究。在本论文中，我们以常见涡旋和非涡旋光束，如拉盖尔-高斯光束，贝塞尔-高斯光束和高斯光束为例，详细研究了各种不同偏振类型光束经过大数值孔径透镜聚焦后在聚焦场的聚焦特性，以及相关参数变化对聚焦特性的影响。主要工作包括：
1.从Debye矢量衍射积分理论出发，研究了线偏振超短光脉冲经过大数值孔径透镜聚焦的聚焦特性，呈现了涡旋和非涡旋超短光脉冲的聚焦过程，并研究了超短光脉冲在传输过程中的速度变化。研究结果表明：在大数值孔径聚焦的过程中，超短光脉冲的传输速度会发生变化，出现快光和慢光的现象。并且，非涡旋超短光脉冲的传输速度比涡旋脉冲的传输速度大。另外，超短光脉冲的大数值孔径聚焦可以提高光学系统的时空分辨率。
2.根据Debye矢量衍射积分理论推导了部分相干圆偏振涡旋光束经过大数值孔径透镜聚焦后在聚焦场的光场表达式，分析了入射光束相干长度及聚焦透镜数值孔径大小变化对聚焦光强分布的影响。研究发现在大数值孔径聚焦的过程中，光束本身的自旋角动量会转化成轨道角动量。另外，通过调整相应参数，可以得到有广泛应用意义的平顶光束。
3.根据相干度和3D偏振度的定义，比较了左旋和右旋圆偏振部分相干涡旋光束在聚焦场的相干度和偏振度特性。研究结果表明，大数值孔径聚焦对光束有去偏效应，并且入射光束相干长度及聚焦透镜数值孔径大小变化对右旋圆偏振光在聚焦场的偏振度影响相对左旋圆偏振光大。
4.研究椭圆偏振涡旋和非涡旋光束的大数值孔径聚焦，分别考虑无光阑和有光阑情况下的聚焦特性，包括光强，相位和轨道角动量特性，考虑了光束带有不同偏振和相位对聚焦光斑的影响。研究表明，经过大数值孔径透镜聚焦后，光束的自旋角动量会转化成轨道角动量。另外，通过改变光束的偏振和相位可以实现光束的整形，得到理想大小和形状的光斑。