为了研究具有精细结构的圆对称爱里光束的传输特性, 通过减小与光斑宽度相关的参数 w, 使初始光场具有与波长相近的精细结构。在此特定情况下, 用瑞利. 索末菲衍射理论对圆对称爱里光束的传输特性进行数值计算。研究结果表明: 随着参数 w的减小, 圆对称爱里光束的精细结构增加, 使得代表高频成分的离轴光场影响逐渐增大并参与聚焦行为, 焦点光强峰值增大, 焦点主光斑的半高全宽减小, 突然自聚焦能力得到显著提升; 当 w减小到某一阈值后, 由于持续增加的高频分量进入到倏逝波, 焦点光强峰值减小, 焦点主光斑的半高全宽增大, 突然自聚焦性能下降。

研究了傅里叶空间不同纯相位编码方法对产生圆对称艾里光束的影响,详细分析了目前常用的编码方法,并引入了另一种已有的编码方法与常用方法进行比较,研究发现这两种方法都能产生高质量的圆对称艾里光束。其中常用方法产生的光束理论上质量相对较高,且受光束参数影响较小,适应性广,但衍射效率低;另一种编码方法产生的光束质量理论上相对较差,且对光束参数的选择有一定要求,但优点是衍射效率高,约为原方法的2.4倍,对于激光加工、非线性激发等应用有较大的优势。使用两种方法实验产生了圆对称艾里光束,发现常用的编码方法衍射效率低使得实际光束的质量受噪音影响较大,而另一种编码方法产生的光束与理论结果吻合较好,实验验证了此种编码方法的可用性。

圆对称艾里光是一种特殊的无衍射光束,因其具有突然自聚焦的独特特性,所以备受研究者关注。首先,介绍了圆对称艾里光的基本概念和特性,然后,说明如何获得产生圆对称艾里光的计算全息图和计算全息的实现方式。在实验中获得了光强分布与理论相符,自聚焦效应显著的圆对称艾里光束。相对于常用的傅里叶空间生成的圆对称艾里光,计算全息生成的艾里光具有灵活调控振幅分布的优势。

以径向偏振圆对称Airy光束为例,基于Rayleigh-Sommerfeld矢量衍射理论,探讨了矢量圆对称Airy光束的传输特性。随着光束波长增大其自聚焦焦距减小,光束等效数值孔径增大。与傍轴理论计算结果比较后发现,当等效数值孔径大于0.09时,傍轴理论不再适用,因为此时傍轴理论低估了光波的衍射效应和矢量性。

首先介绍了轴对称偏振光束的基本概念以及特性, 然后以少模光纤为模式转换器, 通过旋转偏振控制器上光纤挤压器的旋钮对光纤中间部分施加压力, 同时配合旋转光纤挤压器, 以实验的方式获得了不同模式的轴对称偏振光束。通过调节偏振控制器以及输入光束和光纤的离轴状态, 分别得到了径向偏振TM01模式, 角向偏振TE01模式, 奇数混合偏振HEodd21模式, 偶数混合偏振HEeven21模式, 以及线偏振HE11模式五种光纤所激发的模式。同时, 还通过干涉实验中叉形光栅结构证明了相位奇点的存在。

以径向偏振的Laguerre-Gaussian光束为例, 探讨了基于Rayleigh-Sommerfeld积分的矢量衍射理论的适用范围。经与Richards-Wolf理论计算结果比较发现, 在有效数值孔径小于0.4的情况下, Rayleigh-Sommerfeld理论可以适用, 并可用于探讨小菲涅耳数的焦移问题。但对于紧聚焦大数值孔径系统, Rayleigh-Sommerfeld理论不再适用, 因为这种理论低估了光波的衍射效应和矢量性, 使得计算所得的聚焦光斑尺寸偏小。

We theoretically studied a left-hand structure based on a two-dimensional (2D) photonic crystal (PC) with a negative refractive index. The propagation of electromagnetic waves in the proposed PC structure is investigated through dispersion characteristic analysis and numerical simulation of field pattern. The designed PC structure can exhibit all angle negative refraction, and the corresponding effective refractive indices along all directions are almost same and close to the ideal value of -1. A flat lens formed from such a PC has been designed and its imaging properties have been investigated systematically.