涡旋光束的中心为相位奇点，通常涡旋光束的涡旋轴（即相位奇点）位于光束的光轴上。但是考虑误差的存在，实际生成的涡旋光束会存在一定程度的离轴，因此研究离轴的相位奇点光束的特性具有重要的应用价值。基于Richards-Wolf矢量衍射理论，研究了具有非对称离轴双相位奇点的径向偏振高斯光束经过大数值孔径透镜后的强聚焦特性，主要分析了离轴距离和涡旋拓扑荷数对聚焦场的影响。研究结果表明：两个离轴距离和对应的两个拓扑荷数的相对大小对聚焦场光强的最大值偏移方向的影响是一致的；高阶涡旋光束的聚焦场会发生暗核分裂现象，出现多个暗核，暗核的个数等于两个涡旋拓扑荷数的相加值再减1。
物理光学 相位奇点 涡旋光束 离轴奇点 径向偏振 强聚焦 光学学报
2022, 42(20): 2026001
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Nankai University, Tianjin 300350, China
2 School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin University, Tianjin 300072, China
Broadband transverse displacement sensing by exploiting the interaction of a focused radially polarized beam with a silicon hollow nanodisk is proposed. The multipolar decomposition analysis indicates that the interference between a longitudinal total electric dipole (TED) moment and a lateral magnetic dipole (MD) moment is dominant in the far-field transverse scattering in the near-infrared region. Within a broadband wavelength range with the width of 155 nm, the longitudinal TED is almost in phase with the lateral MD, and then broadband position sensing based on the sensitivity of scattering directivity to transverse displacement can be achieved.
directional scattering transverse Kerker’s condition displacement sensing hollow nanodisk radial polarization Chinese Optics Letters
2020, 18(6): 063602
太赫兹特殊光束具有独特的光场分布和衍射特性,在粒子操控、光学成像和光通信等众多领域都有着明显的发展优势。综述了近年来本课题组和其他科研团队在太赫兹特殊光束方面展开的部分研究,包括太赫兹贝塞尔光束、涡旋光束、艾里光束、瓶子光束和径向偏振光束,系统地阐述了这些光束的光场分布特征、衍射特性及其潜在应用前景,旨在探讨太赫兹特殊光束对未来太赫兹技术的推动作用。
太赫兹技术 激光光学 贝塞尔光束 涡旋光束 艾里光束 瓶子光束 径向偏振
北京工业大学 激光工程研究院, 北京 100124
在自主研制的全固态皮秒激光器基础上, 腔外加入偏振转换元件输出皮秒径向偏振激光, 并对其进行侧泵Nd:YAG晶体放大, 最终得到中心波长1 064 nm、平均功率1.95 W、重复频率1 kHz、峰值功率1.77×108 W、光束质量2.95以及纯度92%的皮秒径向偏振激光器。用该激光器对0.5 mm厚不锈钢材料进行钻孔和刻槽实验, 并与同等加工工艺参数条件下皮秒线偏振激光器钻孔圆度和刻槽深度进行对比, 分析两种激光器对加工效果的影响。实验结果表明, 相比皮秒线偏振激光, 利用皮秒径向偏振激光进行加工, 钻孔圆度更好、刻槽深度更深且槽侧壁更为平坦。该结果为皮秒径向偏振激光器在材料加工领域的应用提供参考。
固体激光器 径向偏振 激光加工 皮秒激光 激光放大 all-solid-state laser radial polarization laser process picosecond laser laser amplification 红外与激光工程
2019, 48(1): 0106003
华侨大学 信息科学与工程学院 福建省光传输与变换重点实验室, 厦门 福建 361021
理论和实验研究了径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束在自由空间传输的光强分布和偏振特性.数值计算表明, 在无衍射区域, 随着传输距离的增加, 光强分布基本保持不变; 对于零阶光束, 其偏振态一直保持径向偏振不变; 对于高阶光束, 其偏振态发生变化, 由初始的径向偏振逐渐变为椭圆偏振和线偏振的杂化状态.实验上, 利用径向偏振转换器、螺旋相位板和轴棱锥元件产生了径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束, 探测了其通过不同偏振片后的光强分布.实验结果与理论结果基本相符合.该研究也提供了一种产生杂化偏振矢量光束的方法.
传输 径向偏振 高阶贝塞尔-高斯涡旋光束 衍射 Propagation Radial polarization High-order Bessel-Gaussian vortex beam Diffraction
1 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
2 上海理工大学 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093
3 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093)
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。
圆对称艾里光束 自聚焦 径向偏振 circular Airy beams self-focusing radial polarization
华中科技大学光学与电子信息学院激光加工国家工程中心, 湖北 武汉 430074
矢量偏振光束的发展对偏振敏感谐振腔的模式计算提出了新的要求,基于Fox-Li迭代法和琼斯矢量理论,提出了用于偏振敏感谐振腔的矢量Fox-Li迭代法。该方法可以计算偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式,包括角向偏振TE01*模和径向偏振TM01*模。通过Matlab编程对球面偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式进行数值计算,计算结果与理论一致,证明了该方法的正确性。然后基于轴快流(FAF)CO2激光器平台,采用组合轴锥镜作为谐振腔的尾镜,得到了2.17 kW的角向偏振模式输出,与矢量Fox-Li迭代法仿真结果吻合,实验证明了该方法的有效性和准确性。矢量Fox-Li迭代法对于偏振敏感谐振腔的分析和设计具有重要的指导意义。
物理光学 激光谐振腔 矢量偏振光 Fox-Li迭代法 角向偏振光 径向偏振光
利用Nd∶YAG/Cr4+∶YAG键合晶体被动调Q和S波片得到亚纳秒径向偏振光。采用峰值功率为30 W、脉宽为120 μs、重复频率为1 kHz的脉冲半导体激光端面抽运方式，得到了脉冲宽度为878 ps、单脉冲能量为76.8 μJ的调Q激光脉冲输出，其重频不稳定性小于±0.003%，幅值不稳定性小于±3%。然后通过在键合晶体后插入偏振片和S波片的方式，得到纯度大于96%、单脉冲能量为27.5 μJ的亚纳秒径向偏振光。
激光光学 全固态激光 被动调Q 亚纳秒 径向偏振 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 111403
华南师范大学物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
环形光瞳滤波常被用于径向偏振光聚焦系统, 以实现焦斑压缩, 进而提高共焦显微的横向分辨率。但是在对不同孔径的光瞳进行分析时缺乏比较的标准, 无法进行定量的对比。本文对三种不同的光瞳孔径变化方式进行了定量对比研究, 它们分别是: 固定环角宽度, 增大环孔径; 固定环有效入射面积, 增大环孔径; 固定环形瞳外半径, 改变遮光比。结果表明, 不同模式下, 焦平面处纵、横向场分布变化方式明显不同, 只有当三者均为大孔径(大于1.1 rad)的窄光环时才基本等同。另外随着孔径的增大, 纵、横向场之比也随之增大, 说明孔径的增大可以抑制旁瓣光场。三种孔径增大方式均表明当窄环孔径角增大到1.26 rad时焦斑压缩将到达极限值0.4 λ, 与同数值孔径标量实心光束相比, 窄环对焦斑压缩了1.6倍。
径向偏振光 紧聚焦 环形光瞳 孔径 遮光比 radial polarization light tight focus annular pupil aperture light sheltering coefficient
