_相位板产生矢量光束的高数值孔径聚焦特性研究.docx

第 ３４卷 第１２期光学学报Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１２２０１４年１２月ＡＣＴＡＯＰＴＩＣＡＳＩＮＩＣＡＤｅｃｅｍｂｅｒ，２０１４π相位板产生矢量光束的高数值孔径聚焦特性研究陈国钧１，２周巧巧３纪宪明２，３印建平２＊烄１南通农业职业技术学院，江苏南通２２６００７烌２ 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海２０００６２烆３南通大学理学院，江苏南通２２６００７烎摘要借助马赫曾德尔干涉仪光路，用简单的π相位板把线偏振光转换为径向和角向矢量空心光束，应用Ｒｉｃｈａｒｄｓ－Ｗｏｌｆ经典矢量衍射模型，计算了高数值孔径透镜聚焦条件下光波电磁场的分布，结果表明：用１０－３Ｗ量级的激光功率照明，产生轴对称矢量空心光束的最大光强达到１０１１Ｗ·ｍ－２量级，最大光强梯度达到１０１７Ｗ·ｍ－３量级，暗斑半径仅有０．２４λ，同时出现了很强的纵向电场和磁场分布；调节干涉仪光路的光程差可调节局域光子轨道角动量密度的分布，这种光束在原子光学中有很好的应用前景。关键词相干光学；矢量空心光束；原子光学；π相位板；坡印廷矢量中图分类号 Ｏ４３１．１文献标识码 Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＡＯＳ２０１４３４．１２２６００１ＳｔｕｄｙｏｎＨｉｇｈ－Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ－Ａｐｅｒｔｕｒｅ－ＦｏｃｕｓｅｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＶｅｃｔｏｒＢｅａｍＰｒｏｄｕｃｅｄｂｙπＰｈａｓｅＰｌａｔｅＣｈｅｎＧｕｏｊｕｎ１，２ＺｈｏｕＱｉａｏｑｉａｏ３ＪｉＸｉａｎｍｉｎｇ２，３ＹｉｎＪｉａｎｐｉｎｇ２１ＮａｎｔｏｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｔｏｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２２６００７，Ｃｈｉｎａ烄烌２ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００６２，Ｃｈｉｎａ烆３ＳｃｉｅｎｃｅＣｏｌｌｅｇｅ，ＮａｎｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｔｏｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２２６００７，Ｃｈｉｎａ烎ＡｂｓｔｒａｃｔＬｉｎｅａｒｐｏｌａｒｉｚｅｄｌｉｇｈｔｉｓｃｏｎｖｅｒｔｅｄｔｏｒａｄｉａｌａｎｄａｎｇｕｌａｒｖｅｃｔｏｒｈｏｌｌｏｗｂｅａｍｓｂｙｕｓｉｎｇＭａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｌｉｇｈｔｐａｔｈｗｉｔｈπｐｈａｓｅｐｌａｔｅ．ＴｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｆｏｃｕｓｅｄｗｉｔｈｈｉｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌａｐｅｒｔｕｒｅｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｅｍｐｌｏｙｉｎｇｔｈｅＲｉｃｈａｒｄｓ－Ｗｏｌｆｃｌａｓｓｉｃａｌｖｅｃｔｏｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｇｒａｄｉｅｎｔｏｆｔｈｅａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃｖｅｃｔｏｒｈｏｌｌｏｗｂｅａｍｃａｎｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅａｃｈｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆ１０１１Ｗ·ｍ－２ａｎｄ１０１７Ｗ·ｍ－３ｕｎｄｅｒｔｈｅｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｗｉｔｈｔｈｅｐｏｗｅｒｏｆ１０－３Ｗｍａｇｎｉｔｕｄｅ，ａｎｄｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｔｈｅｄａｒｋｓｐｏｔｉｓｏｎｌｙ０．２４λ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｓｔｒｏｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｓａｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｏｃａｌｐｈｏｔｏｎｏｒｂｉｔａｌａｎｇｕｌａｒｍｏｍｅｎｔｕｍｃａｎｂｅａｄｊｕｓｔｅｄｂｙｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｂｅａｍｈａｓｇｏｏｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎａｔｏｍｉｃｏｐｔｉｃｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃｏｈｅｒｅｎｃｅｏｐｔｉｃｓ；ｖｅｃｔｏｒｈｏｌｌｏｗｂｅａｍ；ａｔｏｍｉｃｏｐｔｉｃｓ；πｐｈａｓｅｐｌａｔｅ；ＰｏｙｎｔｉｎｇｖｅｃｔｏｒＯＣＩＳｃｏｄｅｓ２６０．２１１０；１４０．３２９５；２６０．５４３０１引言众所周知，光波作为横电磁波，其电矢量和磁矢量始终与其传播方向垂直，常用电矢量表征电磁波的偏振特征，根据偏振状态的均匀性可以将光波分为均匀偏振光和非均匀偏振光［１］。均匀偏振指 空间各点光矢量的偏振状态相同，包括 通常所说的线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光；非 均匀偏振光的偏振状态在空间按特定规律分布，称为矢量光束，具有轴收稿日期：２０１４－０７－１５；收到修改稿日期：２０１４－０９－０９基金项目：国家自然科学基金１１２７４１１４）、科技部量子调控重大