离轴高斯涡旋光束深聚焦特性.pdfVIP

物理 学 报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．21(2014) 214202 离轴高斯涡旋光束的深聚焦特性冰 王慧 丁攀峰十 蒲继雄 (华侨大学信息科学与工程学院，厦门 361021) (2014年4月20日收到；2014年5月20日收到修改稿) 基于德拜矢量衍射积分理论 对离轴高斯涡旋光束经过大数值孔径透镜后聚焦场的特性进行了研究，获 得了离轴高斯涡旋光束深聚焦后复振幅分布函数，在此基础上对离轴高斯涡旋光束深聚焦场的光强和相位分 别进行了分析．数值模拟结果表明：离轴距离的改变对高斯涡旋光束在焦平面上的光强分布和相位分布会产 生影响，离轴距离的增加会加剧聚焦场光强在 轴方向上分布的差异，而离轴距离的符号决定了光强集中区 域的方向．另一方面，与一阶离轴涡旋光束不同，高阶离轴涡旋光束经过深聚焦后会发生暗核分裂现象，出现 多个相位奇点，奇点个数等于原始光束对应的拓扑荷数，且分裂后的奇点具有明显的对称性．研究表明，这种 暗核分裂现象由大数值孔径透镜深聚焦引起． 关键词：深聚焦，暗核分裂，德拜矢量积分，离轴高斯涡旋光束 PACS：42．25．-p，42．25．Bs，42．25．Hz DOI：10．7498／aps．63．214202 荷数的改变对聚焦场光强分布和相位分布产生的 1 引 言 影响． 激光光束经过大数值孔径透镜的聚焦 (NA ≥ 0．7)，能产生大小达到亚波长量级的光斑和轴 向分 2 理论分析 量，这个特殊的性质可以有效地提高聚焦成像系 不失普遍性，考虑入射背景场为线偏振高斯场 统的空间分辨率，因而激光光束的深聚焦广泛应 用于高密度光数据存储、显微技术、粒子数囚禁等 f沿 方向偏振)，光学涡旋嵌于高斯光束中，位于点 领域 【卜71．近年来，许多研究者对各类光束的深聚 (n，0)，拓扑荷数为m，此时入射光束为高斯离轴涡 焦特性做了大量的研究，Zhan研究了圆偏振涡旋 旋光束 其 电场可以表示为 光束的深聚焦特性，分析了相关参数对聚焦光强的 ／ 2 ＼ 影响 [8】．Chen等研究了具有不同偏振态的超短光 ()=exp(＼一～)／r[exp(i~)一0】， (1) 脉冲涡旋光束的深聚焦特性 0【，l0】．通常情况下，可 r和 分别为源平面上场源 的径 向与角向坐标，W 以采用合成的方法获得涡旋光束 [11]，也可 以利用 为光斑尺寸，a为光涡旋离轴距离，大数值孔径聚焦 计算全息、螺旋相位板产生涡旋光束 l【2】，在使用螺 示意如图1所示．根据德拜矢量衍射积分理论，离 旋相位板时，由于对准误差的存在，都会存在一定 轴高斯涡旋光束经过大数值孑L径透镜深聚焦后，聚 程度的离轴，研究离轴涡旋光束的深聚焦特性，相 焦区域内的电场表示为 【】 对于研究理想涡旋光束的深聚焦特性而言，具有更 加实际的意义．本文基于德拜矢量积分理论，研究 E(p，，z) 离轴高斯涡旋光束经过大数值孔径透镜聚焦后的 i 。 深聚焦特性，并通过数值计算分析离轴距离及拓扑 = A(r，) (J9，，，，)dd ， (2) }国家自然科学基金 (批准号61178015)和福建省自