径向偏振光光学系统设计

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在过去的二十年里,关于圆柱形矢量光束的研究得到了飞速发展,特别是在径向偏振光方面。不同于更常见的线偏光和圆偏光,径向偏振光束的偏振态是非均一分布的:它的偏振方向关于光轴对称并且始终沿着径向方向;此外它还是一种空心光束。这种独特的偏振特性和光斑模式引起了国内外学者们广泛的关注,而相应的研究也证明径向偏振光在粒子操控、激光加工、光刻和光学存储等领域都可能具有明显的优势。本论文的主要研究内容就是径向偏振光产生和检测方面的问题。在产生方面:目前产生径向偏振光的方法总体可以分为轴向双折射元件法、轴向二向色元件法、光束整形法、干涉叠加法和少模光纤法五种。文章对这些方法的典型例子进行了简要的原理分析与优劣对比。在此基础上,提出了一种利用组合半波片和组合线偏振片在腔外把线偏振光转化为径向偏振光的方法,具有结构简单、灵活可靠、成本低廉的优点。其中,组合半波片用于实现径向偏振光对称区域线偏振的π相位差,组合线偏振片用于实现其光截面电场矢量的辐射状分布。在检测方面:首先利用旋转检偏器法检测了本系统输出光束的偏振分布;然后推导了组合线偏振片不同分块数时对应的径向偏振光理论纯度,并利用经典斯托克斯参量测量法得到输出光束实际纯度为80.5%,与理论值81.6%十分接近;最后基于马赫泽德干涉原理定性检测出径向偏振光对称区域线偏振的相位差为π,同时给出了定量检测方案。
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