一种柱偏振矢量光束紧聚焦光斑的产生方法及装置

摘要

本发明公开了一种可任意旋转的柱偏振矢量光束紧聚焦光斑阵列的产生方法及装置。依据现有技术在产生柱偏振矢量光束的基础上，通过让光束通过两个半波片的方法来旋转柱偏振矢量光束的偏振方向。最后再让该光束通过高数值孔径显微物镜进行紧聚焦，从而得到阵列式的聚焦光斑。通过旋转第二半波片，能够轻易地控制聚焦后的光斑阵列的旋转速度。本发明方法容易实现，装置结构简单，易于调整，制造成本低；装置稳定性好，不需要其他特殊的光学元件。

主权项

一种柱偏振矢量光束紧聚焦光斑的产生方法,其特征在于：将产生的柱偏振矢量光束依次通过第一半波片、第二半波片和显微物镜，获得聚焦光斑，其中第一半波片的快轴方向与y轴重合，第二半波片的快轴方向与x轴的夹角为旋转第二半波片控制所述聚焦光斑的旋转速度，定义极坐标系，所述柱偏振矢量光束的表达式为：${\stackrel{r}{E}}_1(r,\phi ,0)=\exp (-\frac{r^2}{w_0^2}){\left(\frac{2r^2}{w_0^2}\right)}^{(n+1)/2}{L}_p^{n+1}\left(\frac{2r^2}{w_0^2}\right)[cos\left(n\phi \right){\stackrel{r}{e}}_{\phi }-\sin \left(n\phi \right){\stackrel{r}{e}}_r]$其中，r和φ分别是极坐标系下的径向和角向坐标，w₀是柱偏振矢量光束的束腰半径，p和n+1是拉盖尔多项式的阶数，为整数；束腰半径选为w₀＝2mm，光束阶数选为p＝0，n＝2或n＝3，入射光束的波长选为λ＝632.8nm；所述显微物镜的焦距参数为1cm，其在自由空间中的数值孔径为0.95；所述聚焦光斑的光强分布为：$\begin{array}{c}I(r_s,{\phi }_s,z_s)=I_r(r_s,{\phi }_s,z_s)+I_{\phi }(r_s,{\phi }_s,z_s)+I_z(r_s,{\phi }_s,z_s)\\ =|E_r^{\left(s\right)}\left(r_s,{\phi }_s,z_s\right){|}^2+|E_{\phi }^{\left(s\right)}\left(r_s,{\phi }_s,z_s\right){|}^2+|E_z^{\left(s\right)}\left(r_s,{\phi }_s,z_s\right){|}^2\end{array},$其中，所述r_s，φ_s，z_s是观察点的柱坐标，所述是聚焦后的光场表达式；所述聚焦光斑随着的变化而发生旋转，当第二半波片旋转角度时，聚焦光斑旋转角度，即聚焦光斑的旋转速度为第二半波片旋转速度的倍。