Generation of a Radially Polarized Light and Its Applications

Research on Controlling the Polarization State of Laser Beam with a Spatial Light Modulator

“…偏振态是光束的重要特征参数之一， 可应用于成像、 编码 [1][2] 等,有学者利用圆偏振光干涉相移数字全息 术 [3] ,获得了高质量的数字全息图。近年来， 偏振态在激光加工领域中备受关注 [4] ， 研究者们发现加工效果和 效 率 除 了 受 激 光 束 能 量 分 布 状 态 、 脉 冲 频 率 和 脉 冲 宽 度 的 影 响 外 ， 还 很 大 程 度 上 取 决 于 激 光 光 束 偏 振 态 的 类型 [5][6] 。除了传统的线偏振态、 圆偏振态、 椭圆偏振态三种类型外， 研究者们提出了另外两种偏振态： 径向 偏振(RP)与角向偏振(AP)， 其中径向偏振方向沿径向呈放射状排列 [7] ， 而角向偏振方向沿角向排列。传统的 三 种 偏 振 态 在 与 其 传 播 方 向 垂 直 的 横 截 面 空 间 上 是 均 匀 分 布 的 ， 是 标 量 光 场 ， 而 后 两 种 偏 振 态 的 光 束 空 间 分布在其光波横截面上并不均匀， 是具有柱对称偏振分布的矢量光场 [8] 。 收稿日期: 2015-09-29; 收到修改稿日期: 2015-10-14; 网络出版日期: 2016-03-03 基 金 项 目: 国 家 自 然 科 学 基 金 (11204071,51405141,51575164)、 湖 北 省 自 然 科 学 基 金 (2014CFB596)、 湖 北 省 教 育 厅 项 目 因 径 向 偏 振 光 和 角 向 偏 振 光 的 光 场 偏 振 方 向 具 有 中 心 对 称 的 特 性, 与 线 偏 振 光 和 圆 偏 振 光 相 比 ， 它 们 有 着 许 多 显 著 优 点 [9] 。 当 这 两 种 柱 对 称 的 矢 量 光 场 经 过 聚 焦 后 将 得 到 与 传 统 偏 振 态 不 同 的 电 场 分 布 ， 其 中 径向偏振光束可以得到纵向电场分布 [10] ， 而角向偏振光束得到一个横向环状焦斑， 这两种电场分布与物质相 互作用时将产生许多不同于标量光场的新颖特性 [11] 。 因 径 向 偏 振 和 角 向 偏 振 的 众 多 优 点 和 新 特 性 ， 其 产 生 方 法 是 当 前 研 究 的 热 点 [12][13][14][15][16] [12] ， 用 螺 旋 型 相 位 延 迟 器件 [13] 、 空间变亚波金属条纹光栅 [14] 和圆锥形布鲁斯特棱镜产生径向偏振光 [15] ， 利用多个线型偏振器件构成 的同心圆环装置产生角向偏振光束 [16] 。但是这些产生径向偏振和角向偏振光的方法， 需要搭建专门的光学 [17] 等加工。图 1 给出了 4 种不同偏振态的矢量光场。 任何一种偏振光， 都可以用两个振动方向互相垂直、 相位有关联的线偏振光来表示。对于图 1 中的 4 种 偏振态， 可以用琼斯矩阵 [18] 表示为…”