【正文】 割輪廓。在考慮激光切割中，多重反射和波導(dǎo)的影響都是復(fù)雜的。從圖46中我們觀察到，如果入射光是徑向偏振光，那么在切割面的任一點上，入射光都是屬于Ｐ波，也就是說徑向偏振光的偏振方向始終能夠與切割方向保持一致。切割平面上任意有恒態(tài)能量的點都滿足以下形式： （）其中，是在運動方向上被去除材料的速度，P是被吸收的能量密度。此時我們考慮h/d =10。從左上開始分別0, 徑向偏振光在激光切割中的應(yīng)用[9][10]激光加工已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在切割、打孔、融敷中，是加工業(yè)中增長速度最快的眾多模塊之一。 操縱光學(xué)鏈運動的方法與傳統(tǒng)方法是相近的。一般地，這種梯度力可以描述為如下： （）這里R是粒子的尺寸，c是真空中的光速，▽I為光強(qiáng)度的梯度，ε1是環(huán)境的電介質(zhì)常數(shù)，ε2是粒子的電介質(zhì)常數(shù)。因為，在緊聚焦?fàn)顩r下，不同部分的入射徑向偏振光在焦點附近的光軸上彼此干涉，形成了特殊的場分布。 （）圖42 緊聚焦經(jīng)衍射器件調(diào)制后的徑向偏振光的光學(xué)體統(tǒng)[7]通過計算機(jī)模擬我們得到了光學(xué)泡的二維橫向光場分布、二維縱向場以及二維總場分布圖，并在圖43（a）、(b)、(c)中分別作了展示。圖42中展示的是一個用以聚焦徑向偏振光獲得一個三維光學(xué)泡的光學(xué)系統(tǒng)。據(jù)我們現(xiàn)有的知識，僅僅捕捉單一微粒子遠(yuǎn)不能滿足人們探索微觀世界時的技術(shù)要求。下面我們就簡單地介紹一些徑向偏振光的實際應(yīng)用。圖311展了不同的ld取值下得到的徑向偏振光模型。 我們進(jìn)一步關(guān)注到光柵更為完整的偏振和位相變化。 假設(shè)我們希望可以利用一個空間變換1/4波片將一個右旋的圓偏振光轉(zhuǎn)換為一個徑向偏振光。在這些奇異點中，擁有螺旋形位相分布的漩渦奇異變化是很經(jīng)典的一種模式。我們可以得到如圖39所示的徑向偏振光和角向偏振光的損耗對比。對K進(jìn)行對角化變換，我們就可以得到特征矢量Un和уn。因為這些特殊的效應(yīng)，徑向偏振光和角向偏振光有兩個不同的聚焦焦點。兩個棱鏡的頂角的取值由入射光的布魯斯特角決定。，我們可以看出徑向偏振光在自由空間中傳播時它的偏振特性是不會改變的。很多產(chǎn)生的方法都極依賴于干涉儀的準(zhǔn)確度，同時這些方法提供的激光功率都是很低。每個網(wǎng)格的上的實驗場強(qiáng)度與理論場強(qiáng)度都做了對比，也即存在一個振幅差。VD，可變延遲器。在后面的結(jié)果中我們看到，光程的大小對于實驗結(jié)果的有很大的影響，因而我們需要找到最合適的光程值。這個衍射器件的圖示在圖33中得到了展示，其透過比分布為： （）圖33 二元階躍位相器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖31（a）、（b）、（c）分別展示了TEM0TEM10模場分布以及由TEM01和TEM10相干疊加得到的總場分布。并簡略地介紹了利用亞波長光柵片以及腔內(nèi)布魯斯特棱鏡組產(chǎn)生徑向偏振光的原理和實驗裝置。如果我們將入射光對應(yīng)的折射角度一點點地減小，將處于光束中心部分的光線去除，只留下折射角度較大的處于邊緣處的部分光線，我們就能夠得到更小尺寸的光斑[14]。此時。而高數(shù)值孔徑條件下的柱矢量偏振光聚焦卻提供了更多的靈活性和可變性。[3]我們注意到，焦平面上的徑向和角向偏振分量強(qiáng)度類似于中心有暗斑的圓環(huán)。原則上，我們可以選擇任意切趾函數(shù)。在圖21中，我們看到透鏡出瞳處的電場偏振方向與矢徑方向一致（也即徑向偏振光）。在自由空間中，基本高斯光束解為： （）如果我們考慮電場矢量波動方程： （）那么一個電場方向沿著徑向的近軸軸對稱矢量光束的表述式為： （）其中滿足以下旁軸慢包絡(luò)近似： （）解（）、（）、（）式得到徑向貝塞爾高斯偏振光表述為 （）圖11 徑向偏振光偏振示意圖 徑向偏振光的緊聚焦特性在高數(shù)值孔徑條件下徑向偏振光聚焦光斑中的總能量中占支配地位的縱向部分通過控制整個的場分布并決定著聚焦光斑的尺寸(隨著數(shù)值孔徑的增大，光場縱向分量比重加大)。然后，作為補(bǔ)充，我們介紹了另外一些產(chǎn)生徑向偏振光的方法及其實驗裝置。通過對SOP進(jìn)行適當(dāng)而精微的操控，人們預(yù)期得到更多可以用以提高光學(xué)系統(tǒng)分析能力的效應(yīng)和現(xiàn)象。光波的電矢量與傳播方向垂直。最后，我們論述了另外一些將徑向偏振特性轉(zhuǎn)化到實際運用中的方法。人們投向徑向偏振光的關(guān)注越來越多。緊接著，一項基于徑向偏振光緊聚焦特性，被運用于微粒子操縱的應(yīng)用技術(shù)（我們稱之為三維光學(xué)鏈操縱技術(shù)）被展示出來。從光與物質(zhì)的相互作用來看，光波中電場和磁場的重要性并不相同。在過去，許多的研究都只涉及到空間均勻分布的偏振模式（SOP,即指觀察點的偏振態(tài)與觀察點在光束截面的位置無關(guān)），例如線性偏振、橢圓偏振、圓偏振。接著我們梳理了徑向偏振光軸向中心對稱性以及它在聚焦平面上的光斑屬性(對這些特性我們一一地給出了介紹和模擬結(jié)果)。設(shè)電場中任一點的電矢量相對于矢徑方向的旋角為φ，則電場強(qiáng)度可以表示為[15]： （）其中，分別是徑向和角向的單位矢量。 用電偶極子輻射理論解釋徑向偏振光的緊聚焦特性[7]我們考慮一個放置在高數(shù)值孔徑聚集透鏡焦點處的電偶極子，如圖21所示：圖21 電偶極子輻射徑向偏振光示意圖電偶極子沿著透鏡光軸方向振蕩。在這里，我們假設(shè)光闌0波前入射為一個平面波，經(jīng)過等光程透鏡的匯聚，形成一個如球面1所演示的球面波（球面1被假定為光學(xué)系統(tǒng)的出瞳）：圖22 緊聚焦徑向偏振系統(tǒng)組成示意圖。另外，縱向分量強(qiáng)度的寬度近似等于總強(qiáng)度寬度的一半。這種通過高數(shù)值孔徑的聚焦得到平頂光束的方法是其他傳統(tǒng)光束通過整形技術(shù)或者衍射器件難以獲得的。以往對于激光光束的焦深一般選用兩種定義：一類是基于光斑尺寸在光腰附近的變化來定義；另一類是基于光斑中心的能量在光腰附近沿軸向的變化來定義[13]。線偏振光聚焦?fàn)顩r正好相反，光場不同空間位置的縱向分量相位相反，縱向分量的聚焦光斑在沿入射光偏振方向上呈現(xiàn)兩瓣對稱分布，使得大數(shù)值孔徑下聚焦光場呈橢圓形。由于選擇線性偏振的效率很低，所以這種方法得到的激光輸出功率也就很小。則一個相干疊加的總場就可以簡單地表述為： （），在（x，y）坐標(biāo)系內(nèi)，光束橫截面上的各點光場方向總是沿著矢徑方向。我們希望將一個標(biāo)準(zhǔn)的高斯光束轉(zhuǎn)換到電場分布與（）（）式相近的場分布。從望遠(yuǎn)系統(tǒng)中出射的線性偏振光通過5：5偏振分束器PBS后成為兩束光，它們將分別通過橫向極化光路和縱向極化光路，之后再由合束器合并為一束光。T是一個望遠(yuǎn)系統(tǒng)。在圖36中我們給出了兩個場在傳輸距離中，光束橫截面上振幅的契合程度。因而，在實驗中需要注意：偏振極化路徑的長度對結(jié)果有很大的影響。[5] 在不同的境況下，對于徑向偏振光，人們給出了不同的描述。另一個凹棱鏡用來補(bǔ)償凸棱鏡的側(cè)面產(chǎn)生的分歧。當(dāng)反射增加到八次的時候。它有一個直徑為50cm的高反射率凸透鏡、熱效應(yīng)透鏡棒、限制震蕩模式數(shù)的小孔光闌以及一個平面輸出鏡組成。短距離自由空間傳輸矩陣可以看做是長距離傳輸矩陣的一部分。空心方形圈代表角向偏振光[17]。如果光柵的狀態(tài)可以表述為： （）其中，分別是極坐標(biāo)下的角向單位矢量和徑向單位矢量，是光柵的空間變化頻率，代表了一個變化周期，是與光柵條紋垂直的矢量。（b）則展示了我們需要的徑向偏振場分布。式中的1是旋轉(zhuǎn)位移的一個奇異點，也就是方位角關(guān)于旋轉(zhuǎn)位移的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，同時也是旋轉(zhuǎn)位移不連續(xù)點個數(shù)的一半。這兩個突出的特性已經(jīng)在實際中找到了合適的應(yīng)用。在一般的技術(shù)中，光學(xué)鑷子只能用于捕捉單一的微粒子。圖41就展示了這樣一個衍射器件。以及NA1=,NA2=,NA=。NA1=，NA2=，NA=1。微小粒子可以是原子、分子以及細(xì)胞。這種方式只適用于誘捕和操縱粒子電介質(zhì)常數(shù)高于環(huán)境電介質(zhì)常數(shù)的狀況。通過調(diào)制入射光的位相和振幅，我們可以使多種不同性質(zhì)的粒子向光學(xué)泡單元的中心運動；通過調(diào)節(jié)△ψ的值，我們可以使載有微粒子的光學(xué)鏈運動。人們發(fā)現(xiàn)，偏振模式具有沿軸向中心對稱的徑向偏振光在激光加工中有著其他偏振模式光束無法比擬的潛力。在激光吸收中，P波的吸收曲線有著極其重要的意義。 圖46 直角坐標(biāo)系中描繪激光切割中激光光束與加工物件相互作用的示意圖[9] 諸多的研究表明徑向偏振光有著最優(yōu)異的激光切割效率，支持這一結(jié)論最有力的兩個證據(jù)：(a)能量吸收獨立于方位角（這一點可立即將線偏振光排除掉）（b）能量吸收應(yīng)是最高的（正是徑向偏振光的特點）。對于徑向偏振光，能量吸收密度最大處并不在切割槽的底部，而是在切割壁上。圖48 徑向偏振光（右）和角向偏振光（左）切割槽示意圖。 徑向偏振光的其他應(yīng)用[1]近來,徑向偏振光可以在金屬/電介質(zhì)表面激發(fā)等離子體的潛質(zhì)引起了人們的關(guān)注。因而，擁有時刻與p方向保持一致的徑向偏振就有了用武之地。一種簡單的實現(xiàn)暗域成像的方式是在高光色環(huán)形光束的截面環(huán)形域中心安置一個小孔并讓這束光被反射面反射回來。當(dāng)光束分束器在以一個小的反射角反射回程光束的同時，圓環(huán)域光束正交偏振部分的反射率差異被減小了。接著就徑向偏振光的產(chǎn)生，我們主要介紹腔外相干疊加線性正交偏振光的方法，同時也簡單地拓展了另外一些方法；在徑向偏振光的應(yīng)用方面，我們選擇了具有代表性的三維光學(xué)鏈，分析了三維光學(xué)鏈的產(chǎn)生以及它在微粒子捕捉和操縱中的應(yīng)用原理。最近，太赫級柱矢量偏振光已經(jīng)在實驗中獲得，并被證明，一個角向偏振的金屬表面等離子可以作為這種光束的波導(dǎo)。，高建存，王坤，方銘，“徑向偏振光的產(chǎn)生方法及應(yīng)用”，激光與電子學(xué)進(jìn)展，《中國激光》雜志社,(2013) Zhao,Qiwen Zhan,“Creation of a threedimensional optical chain for controllble particle delivery”,OPTICS LETTERS Vol 30 April 15,848850,(2005) Machavariani ,Yaakov Lumer,“Birefringenceincluced bifocusingFor selection of radially or a zimuthally polarized laser modes”O(jiān)PTICS LETTERS NO 16,33043310,1 June (2007)31?？臻g對稱光束的非旁軸傳播和聚焦特性