【正文】 ，高建存，王坤，方銘，“徑向偏振光的產生方法及應用”，激光與電子學進展，《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。參考文獻1. Qiwen Zhan，Cylindrical vector beams：from mathematical concepts to applications，Advances in Optics and Photonics1, 1–57 (2009).2. K. S. Youngworth and T. G. Brown, “Focusing of high numerical aperturecylindrical vector beams,” Opt. Express7, 77–87 (2000).3. Q. Zhan and J. R. Leger, “Focus shaping using cylindrical vector beams,”O(jiān)pt. Express10, 324–331 (2002).4. Nicolas Passilly, Renaud de Saint Denis, and Kamel A239。致 謝謝謝萬辰皓老師，沒有他的悉心指導，我?guī)缀鯚o法在這個方向上理出頭緒。空間對稱光束的非旁軸傳播和聚焦特性也是一個研究的熱門。最近，太赫級柱矢量偏振光已經在實驗中獲得，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。如果這項研究在將來能有長足的進展，那么它將會減少光訊號在大氣中傳播中的損失并進一步極大地影響自由空間中光通訊效率。徑向偏振光的緊聚焦特性被人們看重的同時，其一般情況‘柱矢量偏振光’的應用領域也在逐步地拓展。在徑向偏振光的應用介紹中，我們看到，這些應用多與徑向偏振光獨特的緊聚焦特性相關（這種特性可以追根于其光束的偏振軸對稱特性）。接著就徑向偏振光的產生，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；在徑向偏振光的應用方面，我們選擇了具有代表性的三維光學鏈，分析了三維光學鏈的產生以及它在微粒子捕捉和操縱中的應用原理。因而，在暗域成像中，如果我們能夠進一步地減小徑向偏振光（其一般情況為柱矢量偏振光）的聚焦光斑，那么暗域成像的精度就可以得到進一步的提高和改善。 在之前我們介紹過，通過調整我們的聚焦系統，我們可以將徑向偏振光聚焦到一個更小的聚焦光斑。經由光纖傳輸而來的光被雪崩二極管檢測到。當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。放大倍數為100╳的物鏡被用來聚焦800nm的鈦：藍寶石激光。從圖中我們可以看到，暗域成像中的明亮的部分與樣品的表面狀況極其相近。圖411展示了這樣的實驗結果。一種簡單的實現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。在反射暗域成像所得的圖像中，明亮的區(qū)域對應于樣品表面的邊緣或者有很大斜率的斜坡部分，而暗區(qū)域則對應于樣品表面平坦的區(qū)域。圖410緊聚焦徑向偏振光在銀薄膜表面產生等離子體的光學結構圖經過銀薄膜之后的光場分布可以表述為如下： （） （）其中，θmax，θmin分別是最大和最小入射角；P(θ)是切趾函數；tp(θ)是p波與吸收率與的關系函數；k1，k2分別是玻璃和空氣中的波數。一束徑向偏振的光入射到電介質/金屬的截面上，其完全與p方向重合的特性提供了一個被有意義的干涉高度聚焦的表面等離子體并加強了聚焦場。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。等離子體激發(fā)十分依賴于激發(fā)場的偏振性。作為波現象的一種，表面等離子體可以被適當的幾何結構和金屬/電介質結構聚焦。SPR的局域性、可增強性、短有效波長是一些技術所渴求的特性，比如傳感、顯像、平板印刷等。 徑向偏振光的其他應用[1]近來,徑向偏振光可以在金屬/電介質表面激發(fā)等離子體的潛質引起了人們的關注。兩者的最終切割深度都同樣由材料性質、輻射能量和光束運動速度等獨立因素決定。2,4是徑向偏振光的切割輪廓圖49展示了相同條件下徑向偏振光與圓偏振光切割輪廓的對比。圖49 y=0的xz平面上的激光切割輪廓。圖48 徑向偏振光（右）和角向偏振光（左）切割槽示意圖。然而由于角向偏振的偏振態(tài)時刻都與切割壁面切線方向保持水平。對于具有不同偏振態(tài)的光束，同樣的切割過程中光束與波導的作用也會是完全不一樣的。從圖中，我們可以看到，在相同的條件下，徑向偏振光相比于角向偏振光有著更深的切割深度和更完美的切割槽型。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46 鐵制材料對于P波和S波的吸收率與入射角的關系圖 圖48展示了徑向偏振光和角向偏振光切割槽的對比。從圖47中，我們看到，只要滿足合適的入射角度，P波的吸收率就遠大于S波的吸收率。因而不難得出結論，一個在S波或者P波上都有很高吸收率的光束的能量吸收密度將是很高的。 圖46 直角坐標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，支持這一結論最有力的兩個證據：(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）能量吸收應是最高的（正是徑向偏振光的特點）。此時，有以下的形式： （）其中Fs(α），Fp(α)分別是S波和P波的菲涅爾吸收公式。 （）這里是能量吸收系數，（是激光入射到切割表面時的入射角，β（是激光入射平面和激光運動方向的夾角。當激光光束以速度在運動時，沿著運動方向（x軸）的光強分布滿足[9]： （）其中:，r0是光束的光斑半徑，zf是激光聚焦平面到樣品表面的距離。在激光吸收中，P波的吸收曲線有著極其重要的意義。激光切割是一個敞開的過程，在此過程中，光的散射和反射直接從切割內壁向外消散，因而這兩個因素將不影響材料的破壞和熱導作用下材料的消散。如果我們想要提高加工的速度，那么對輸入光束進行整形是有必要的，同時光束的偏振模式對此也有重要的影響。材料的厚度（h）與加工尺寸（d）的比例影響著加工速率。人們發(fā)現，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。一束可以被聚焦整形為平頂光束的激光表現出了更快、更優(yōu)質的加工效果。對比于其他傳統的加工技術，激光加工為制造業(yè)提供了更為優(yōu)秀的精度、質量和加工彈性。 圖45 改變實現對光學鏈操縱的示意圖。通過調制入射光的位相和振幅，我們可以使多種不同性質的粒子向光學泡單元的中心運動；通過調節(jié)△ψ的值，我們可以使載有微粒子的光學鏈運動。當△ψ為的整數倍時，三維光學鏈的運動重現出△ψ=0時的情形。通過改變ψ3和ψ1的差值： （）我們可以使光學鏈在傳播方向上運動。如果運用聚焦裁剪的方式，通過調整操控半波片偏轉器時的旋轉角度來改變聚焦強度分布，我們可以輕易地實現環(huán)形模式和中心亮斑模式間的轉換，進而在同一個光學系統中我們可以誘捕和操控更多種類的粒子。這種方式只適用于誘捕和操縱粒子電介質常數高于環(huán)境電介質常數的狀況。相反，如果ε1ε2那么梯度力會使得粒子向聚焦光束場強度更弱的地方運動。從這個等式中我們看到誘捕力的強弱依賴于ε1和ε2。用于誘捕的力來自光場強度的梯度分布。微小粒子可以是原子、分子以及細胞。這樣的類光學鏈可以看做是不同的光學泡沿著光軸以恒定的間隔連接起來的結果。圖44展示這樣的一種類似于光學鏈的場分布。 徑向偏振光沿著徑向的偏振是相干的。NA1=，NA2=，NA=1。通過類似的參數設置，應用同樣方法我們就可以模擬出我們預期的三維光學鏈。從總場圖中，我們看到在傳播軸上的暗斑被光能量完整地包裹著。其中NA0=。以及NA1=,NA2=,NA=。 在產生一個光學泡的時我們設定了以下的取值，T1=1，T2=1，T3=1。高數值孔徑聚焦透鏡的作用是匯聚一個球面波到聚焦平面上。三個區(qū)域的透過率分別是T1=exp(jψ1)，T2=exp(jψ2)，T3=exp(jψ3)。圖41就展示了這樣一個衍射器件。[7] 適當地使光學衍射和干涉結合起來可以得到一些意想不到的現象（涵蓋橫向楊氏條紋和縱向非衍射光）。因而這就需要一種可以同時地、靈活地操縱多個粒子的技術的出現。但他們的方法都始終在使用具有傳統偏振模式的光束，這使得他們產生的光學鑷子缺乏足夠的靈活性和可操控性。在一般的技術中，光學鑷子只能用于捕捉單一的微粒子。特別是在生物學中，這種技術可以用于探索生物體在納微尺寸上的工作原理。 緊聚焦徑向偏振光產生三維光學鏈捕捉金屬粒子[16]光學捕捉，或者說光學鑷子，是一種利用緊聚焦光束的輻射光壓力操縱微觀粒子的非接觸捕捉技術。根據前面的敘述，我們知道徑向偏振光在緊聚焦條件下可以產生超越衍射極限的光斑，而這樣的光斑在使用更特殊的衍射器件之后還可以進一步地減小，因而徑向偏振光可以進一步地提升捕捉金屬粒子、顯微鏡分辨率、存儲密度，研制新型干涉儀等技術的精密程度。這兩個突出的特性已經在實際中找到了合適的應用。其中313（a）（d）輸出光的遠場中心是亮斑而其余的皆是暗斑。（a）是僅僅通過光柵變化的輸出光偏振模型，而圖311（b）(c)（d）(e)是進一步被相位片調制后的輸出偏振模型。其中嚴格地與光柵拓撲單元的數目相等。式中的1是旋轉位移的一個奇異點，也