（光学专业论文）矢量偏振光束特性及应用研究.pdf

中国科学技术人学颈：i j 学位论文摘要 摘要 矢量偏振光束是一种偏振在空间非均匀分布的m a x w e l l 方程组的一类解， 轴对称偏振光是其中的一个特例，它在振幅及偏振念分布上均具有轴对称性。由 于这种光束特殊的矢量偏振性质，近年来对于它的理论及实验应用研究正在不断 开展，强聚焦的轴对称偏振光在焦点附近得到强的纵向偏振光场，由于此纵向光 场的存在，焦点处可以得到极小的焦斑尺寸。这种性质使其应用于高分辨率显微 成像、电子加速，表面分子光谱表征等领域。另外轴对称偏振光经衍射光学元件 ( d o e ) 调制然后强聚焦，在焦点附近形成特殊的光学结构一“光泡”和“光链”， 作为一种多功能光镊，它将提供纳米介电颗粒、金属颗粒和磁性颗粒的光学操控 手段。此外，这种光束在全息术，频移，材料处理，非线性作用等方面也具有潜 在的研究价值。 本论文主要完成以下几个方面的工作： 1 、简要介绍了产生轴对称偏振光的几种具体方法，利用两个t e m o i 模进行 干涉是最基本的方法。，半波片组合的方法、光纤激发法与双折射晶体法也是实 验上常用的产生方法。 2 、详细阐述了轴对称偏振光的强聚焦性质，从最初的d e b y e 积分出发，考 虑到聚焦的去偏振效应，计算得到了轴对称偏振光强聚焦后焦平面上的光场分 布，并且迸一步讨论了介质层界面，含有拓扑数的轴对偏振光的聚焦性质，以及 高数值孔径聚焦的位相问题。 3 、设计衍射光学元件整形入射轴对称偏振光波前，在焦点附近产生具有三 维捕获效果的特殊反向光镊一“光泡”和“光链”。改变d o e 结构可以调控“光泡” 形态、大小，用于捕获不同性质的微粒。作为多点光捕获结构的“光链”，用于 三维准确捕获多个粒子，且可对捕获的微粒数目进行调节。连续改变位相片的位 相，“光链”会随之定向的移动，从而实现“光传输带”的多功能光镊操纵。 中国科学技术火学坝i ? 学位论文摘要 a b s t r a c t v e c t o rp o l a r i z e db e a m sa r et h es o l u t i o n so fm a x w e l l se q u a t i o n sw i t hs p a t i a l l y d i f f e r e n tp o l a r i z a t i o n o n eo ft h e mi st h e c y l i n d r i c a l v e c t o rb e a mw h i c hh a s c y l i n d r i c a ls y m m e t r yi n b o t h p o l a r i z a t i o na n dc o m p l e xa m p l i t u d e d u et oi t s p a r t i c u l a rv e c t o rp r o p e r t i e s ，i nr e c e n ty e a r st h es t u d yo fi ti nt h e o r ya n de x p e r i m e n t a l a p p l i c a t i o ni sc o n t i n u o u s l yg o i n go n as t r o n gl o n g i t u d i n a le l e c t r i cf i e l dc a nb e o b t a i n e di ft h ec y l i n d r i c a l v e c t o rb e a mi sf o c u s e db yah i g h n u m e r i c a l a p e r t u r e o b j e c t i v e b e c a u s eo ft h el o n g i t u d i n a le l e c t r i cf i e l d ，t h es m a l l e s tp o s s i b l ef o c a lp o i n t c a nb eg e n e r a t e d t h i sp e c u l i a rf o c u s e dp r o p e r t i e sa r eo fg r e a ti n t e r e s tt o m a n y a p p l i c a t i o n si nv a r i o u sf i e l ds u c ha se l e c t r o na c c e l e r a t i o n ，h i g hr e s o l u t i o ni m a g i n g ， m o l e c u l a rs p e c t r o s c o p yn e a rs u r f a c e sa n ds oo n o nt h eo t h e rh a n das p e c i a lo p t i c a l s t r u c t u r en e a rt h ef o c u so fh i g hn u m e r i c a la p e r t u r e o b je c t i v e - c a u e d o p t i c a l b u b b l e a n d “o p t i c a lc h a i n ”，c a nb ef o r m e dw h e nt h ep h a s eo ft h ei n c i d e n tc y l i n d r i c a l v e c t o rb e a mi sm o d i f i e db yt h ed i f f r a c t i v ee l e m e n t a sam u l t i f u n c t i o n a l o p t i c a l t w e e z e r s ，t h e yc a nb eu s e dt ot r a pn a n o d i e l e c t r i cp a r t i c l e sm e t a l l i cp a r t i c l e sa n d m a g n e t i cp a r t i c l e s a l s ot h e s eb e a m sd e s e r v em o r ew o r kt or e s e a r c ho i li na r e a ss u c h a sh o l o g r a p h y ，f r e q u e n c y s h i f t i n g ，m a t e r i a lp r o c e s s i n g ，n o n l i n e a ri n t e r a c t i o n t h et h e s i sm a i n l yc o n c e n t r a t e so nt h ew o r k sa st h ef o l l o w i n g s ： 1 s e v e r a lg e n e r a lm e t h o d st op r o d u c et h ec y l i n d r i c a lv e c t o rb e a m sa r es i m p l y i n t r o d u c e d t h eb a s i cm e t h o di sa s u p e r p o s i t i o no ft w oo r t h o g o n a l l yp o l a r i z e d t e m o1 b e s i d e sc o m p l e xp l a t e sc o m b i n e db ys e v e r a lf a n s h a p e dh a l fw a v ep l a t e s ，t h e e x c i t a t i o ni nt h eo p t i c a lf i b e r s ，a n db i r e f r i n g e n tc r y s t a la r ea l s oc o m m o nm e t h o d si n p r a c t i c e 2 t h eh i g h l yf o c u s e dp r o p e r t yw i t ht h ec y l i n d r i c a lv e c t o rb e a mi sd i s c u s s e di n d e t a i l w eo b t a i n e dt h et h r e ed i m e n s i o ne l e c t r i cf i e l dd i s t r i b u t i o nn e a rt h ef o c u s ， w h i c hi s o r i g i n a t e df r o mt h ed e b y ei n t e g r a lc o n s i d e r i n gt h ep o l a r i z a t i o ne f f e c t a d d i t i o n a l l y f u r t h e r m o r ew ea l s or e p o r tt h ef o c u s i n gf e a t u r ea tt h ei n t e r f a c eo f d i e l e c t r i cm e d i u m ，h i g h l yf o c u s i n go ft h eb e a mw i t ht h ep h a s e t o p o l o g i c a lc h a r g e ，a n d 中罔科学技术大学顺l j 学位论义摘要 t h ep h a s ep r o b l e mn e a rt h ef o c u so ft h eh i g hn al e n s e s 3 d e s i g n i n gad o et os p a t i a l l ym o d u l a t et h ep h a s eo ft h ec y l i n d r i c a lv e c t o r b e a mat r e e d i m e n s i o n a l “o p t i c a lb u b b l e “a n d “o p t i c a lc h a i n c a nb ef o r m e dn e a rt h e f o c u s ，t h e yc a nb eu s e da sas p e c i a li n v e r s eo p t i c a lt w e e z e r s t h es h a p ea n ds i z eo f b u b b l e c a nb ec o n v e n i e n t l ya d j u s t e db yc h a n g i n gt h es t r u c t u r eo ft h ed o es oa st o c a p t u r ed i f f e r e n tp a r t i c l e s o p t i c a lc h a i n ”a sam u l t i p o i n tt r a p p i n gs t r u c t u r ec a nt r a p m u l t i p l ei n d i v i d u a lp a r t i c l e si nt h r e ed i m e n s i o n sa td i f f e r e n tp l a n e sa n dt h eq u a n t i t y o ft h ep a r t i c l e st r a p p e dc a nb ec o n t r o l l e d i na d d i t i o nb yc o n t i n u o u s l yc o n t r o l l i n gt h e p h a s eo ft h ei n c o m i n gb e a m s t h ei n t e r f e r e n c ep a t t e r n c a nb e m a n i p u l a t e d t o a c c e l e r a t ea n dt r a n s p o r tt r a p p e dp a r t i c l e sa l o n gt h eo p t i c a la x i si na p r e s c r i b e dw a y 中国科学技术大学顺：i 学位论义 第一市绪论 1 1 矢量偏振光束 第一章绪论 光学偏振是光束所具有的独特性质之一，过去的研究通常仅仅涉及空间上均 匀的光学偏振态，如果我们能够意图地实现在空白j 上安排光束的偏振念，将有可 能发现大量新的现象并进而显著地增强光学系统的功能，矢量偏振光束f 属于这 样一个例子。矢量偏振光束是一种偏振在空间呈非均匀分布的光，其中一种是轴 对称偏振光1 ，它的偏振及位相在光束横截面上呈轴对称分布，且是麦克斯韦方 程组在柱坐标系中的特征解，因为原点处偏振方向的不确定性导致在原点处偏振 方向的不确定性导致在原点处强度存在奇点。因为空间偏振的特殊对称性，本论 文将主要研究此种光束。众所周知，线性光纤波导中的模式在波导中各点的偏振 取向是不同的，其中最重要的模式是t e 模和t m 模2 ，而t e o l 和t m o l 与要研 究的轴对称偏振光束具有相同的偏振特性。因此可以认为这两种模式属于轴对称 偏振光的范畴。坐标设定如图1 1 所示，一般是在柱坐标系中研究。 轴对称偏振光可分为三类： 1 径向偏振光，这种光束可以认为是t m o l 模。偏振方向如图l 一2 所示，沿着 径向方向，数学表达式为： e ( r ，矽) = e o ( r ) e c o s b 曼+ s i n 痧多 = e o ( 厂) 声 公式1 1 其中毛( 厂) 代表光场的振幅分布，根据麦克斯韦方程的求解，其具有b e s s e l - g a u s s 函数的形式。 z y 图1 1 坐标与柱坐标关系图图1 2 径向偏振光 2 角向偏振光，这种光束可以认为是t e o l 模。偏振方向如图1 3 所示，沿 中国科学技术入学颁i j 学位论文第一章绪论 着角向方向，数学表达为： e ( r ，矽) = e o ( ，) 一s i n b 曼+ c o s 多】= e o ( ，) 公式1 - 2 3 广义轴对称偏振光，偏振方向如图1 - 4 所示，眈为偏振方向与径向方向的 夹角，它可以由径向偏振光与角向偏振光叠加得到，数学表达为： e ( r ，矽) = e o ( ，) c o s 唬声+ s i n 硒o 矽 公式1 - 3 图卜3 角向偏振光 1 2 矢量偏振光束的研究背景 幽1 4j 义轴对称偏振光 作为一种特殊的光束，其不仅从理论方面，而且从应用方面吸引着越来越多 的注意力。光纤中t e o i 和t m o l 的特殊性质很早就被人关注，它们具有有限截至 频率，且电场是对称的，不像其它的“t e m ”模式一样，这两种模式具有严格 横向的电场和横向的磁场。特别是在中空圆形的金属波导中，由于损耗的理论计 算值十分低，这种模式可能是光传输的最理想的模式3 ，在旋转的天线系统中这 种模式强烈的辐射能够产生高浓度等离子线。为了方便开展研究这种光束的性质 及应用，早期物理学家多数致力于在实验上产生这种光束，最早产生这种光束的 装置是利用红宝石激光器，在谐振腔中加入光阑和光瞳使t e 0 1 和t m 0 1 模能够在 谐振腔内谐振，然后利用方解石双折射晶体把其中之一选择出来4 ，如图1 5 所 示。在此双折射晶体中o 光的偏振指向角向而e 光的偏振指向径向。 作为麦克斯韦方程在柱坐标系中的旁轴近似解，随后它的许多特殊性质被研 究。从麦氏方程出发，可以得到一系列高阶模，它在真空的空间衍射问题引起了 人们的兴趣。角向偏振光自由空问的传输不仅在近场和远场都保持着中空的强度 中周科学技术火学硕i j 学位论文第一章绪论 分布5 , 6 。 a p e r + s o p t i ca x i so p t i ca i s - _ - 。一_ 。- _ 图1 5 红宝彳i 激光器产生欠量偏振光束装置图 光束强会聚时，必须考虑各个偏振分量的改变以把相同的偏振分量分别进行叠 加，这时焦点及焦点附近的光场就需要利用矢量d e b y e 积分加以分析l8 。角向 偏振光束经过强聚焦以后依然保持着中空的强度分布，其偏振方向在对应位置不 变。径向偏振光经过强聚焦以后在光轴上出现了很强的纵向光场吼旧，且由于与 原子辐射场的相似性，纵向光场可以得到很小的聚焦场1 1 。此外这种光束在介质 界面1 2 1 3 , 1 4 及固体浸没透镜系统的传输特性以及在聚焦系统中焦点的移动1 6 等方面在有关文献中也做了介绍。 近年来，对轴对称偏振光产生方法的研究已成了一个热门话题。除了上面介 绍的一种产生方法外，产生这种光束的其它方法也层出不穷。归纳起来，主要包 括两种方法，一种是主动方法，原理就是在谐振腔内利用特殊的装置来选模，例 如在固体激光器17 , 1 8 燃料1 9 ，气体2 0 及半导体2 1 激光器中都能选择得到这种光 束。另一种方法是被动方法，它的原理是利用一般的线偏振光借助腔外的设计元 件转化得到，如液晶偏振转换器2 2 2 3 ，干涉方法2 4 2 5 ，计算全息光栅法2 6 ，光 纤激发法2 7 , 2 8 ，双折射晶体产生方法2 吼，锥形布儒斯特窗法3 0 , 3 1 等等。 由于其特殊的性质，矢量偏振光束在很多的方面得到了应用，如将其应用于 显微镜及全息术3 2 ，频率移动3 3 ，电子加速3 4 ，材料处理”，高分辨度量3 6 等。 利用衍射光学元件( d o e ) 调制这种光束的波前，在高聚焦系统焦点附近能够产 生一种非常特殊且结构可控的光场分布“光泡”和沿光轴方向的三维“光链”。 作为光阱3 7 , 3 8 可以实现对冷原子的束缚，并减少由于光散射引起的原子加而提 中国科学技术大学硕f j 学位论文 第一章绪论 高捕陷的稳定性。 在非线性研究中，这种光束的自聚焦性质很早就有人研究3 9 ，它所具有的纵 向电场对光的非线性传输具有很大的影响。在非线性光纤中，当色散与非线性引 起的自聚焦平衡时，能够诱导产生这种模式，因而它们被叫做自陷光束4 0 。对于 t e o l 模式是不稳定的，只有在临界功率时才能够稳定。t m o l 模式在连续且很宽 的功率值范围内是稳定的，此种性质使其能够应用在多模光纤中利用单个模式传 送光信号。在孤子的研究中把空间偏振引入，所谓的矢量偏振空间光孤子是在克 尔非线介质非旁轴下麦克斯韦的解4 1 , 4 2 。 总之，矢量偏振光束研究涉及的内容相当广泛，在基础和应用领域，具有重 要的科研价值。 1 3 本论文主要内容 本文首先围绕矢量偏振光束的传输以及高数值孔径聚焦特性来讨论，系统 地讲述矢量偏振光束的有关光学变换性质，特别是详细论述了它在微光学操纵领 域的应用。论文主要内容安排如下： 第二章，我们讨论了几种产生矢量偏振光束的方法，并且比较各种方法的 特点。接着，第三章详细讨论了各种矢量偏振光束的传输特性，即它的高数值孔 径( n a ：n u m e r i c a la p e r t u r e ) 聚焦特性，电介质界面的传播，及在传输中的位相 问题。第四章介绍了“光镊”的发展史及其基本原理，利用d o e ( d i f f r a c t i v eo p t i c a l e l e m e n t ) 调制矢量偏振光束，在高数值孔径聚焦系统焦点附近产生特殊反向光镊 一“光泡”和“光链”，用于捕获不同性质、大小、及数目的微粒。最后，第五 章，总结了论文研究成果，并且结合自己的认识，对未来的研究作一下展望。 中国科学技术火学硕：l j 学位论文第一章绪论 参考文献： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 k s y o u n g w o r t ha n dt gb r o w n “f o c u s i n go fh i g hn u m e r i c a la p e r t u r ec y l i n d r i c a lv e c t o r b e a m s ，”o p t i c se x p r e s s7 ，7 7 ( 2 0 0 0 ) e s n i t z e r ，“c y l i n d r i c a ld i e l e c t r i cw a v e g u i d em o d e s ，”j o p t s o c a m 51 ，4 9 1 ( 1 9 6 1 ) e a j m a r c a t i l ia n dr a s c h m e l t z e r , “h o l l o wm e t a l l i ca n dd i e l e c t r i cw a v e g u i d e sf o rl o n g d i s t a n c eo p t i c a lt r a n s m i s s i o na n dl a s e r s ，”b e l ls y s t t e c h j 4 3 ，17 8 3 ( 19 6 4 ) d p o h l ，“o p e r a t i o no far u b yl a s e ri nt h ep u r e l yt r a n s v e r s ee l e c t r i cm o d et e 01 ，”a p p l p h y s l e t t 2 0 ，2 6 6 ( 19 7 2 ) c j r s h e p p a r da n ds s a g h a f i “t r a n s v e r s e - e l e c t r i ca n dt r a n s v e r s e - m a g n e t i cb e a mm o d e s b e y o n dt h ep a r a x i a la p p r o x i m a t i o n ，”o p t l e t t2 4 ，15 4 3 ( 19 9 9 ) r h jj o r d a na n dd g h a l l “f r e e - s p a c ea z i m u t h a lp a r a x i a lw a v ee q u a t i o n ：t h ea z i m u t h a l b e s s e l g a u s sb e a ms o l u t i o n ，”o p t l e t t19 ，4 2 7 ( 19 9 4 ) b r i c h a r d sa n de w o l f , “e l e c t r o m a g n e t i cd i f f r a c t i o ni no p t i c a ls y s t e m s1 1 s t r u c t u r eo ft h e i m a g ef i e l di na na p l a n a t i cs y s t e m ”，p r o c r o y s o c a2 5 3 ，3 5 8 ( 19 5 9 ) e w o l f , “e l e c t r o m a g n e t i cd i f f r a c t i o n i no p t i c a ls y s t e m si a ni n t e g r a lr e p r e s e n t a t i o no f t h ei m a g ef i e l d ，”p r o c r s o c s e r a2 5 3 ，3 4 9 ( 19 5 9 ) k s y o u n g w o r t ha n dt gb r o w n “f o c u s i n go fh i g hn u m e r i c a la p e r t u r ec y l i n d r i c a lv e c t o r b e a m s ，”o p t i c se x p r e s s7 ，7 7 ( 2 0 0 0 ) q z h a na n dj r l e g e r , “f o c u ss h a p i n gu s i n gc y l i n d r i c a lv e c t o rb e a m s ，”o p t i c se x p r e s s10 ， 3 2 4 ( 2 0 0 2 ) s q u a b i s ，r d o m ，m e b e r l e r , o g l o c k l ，a n dg l e u c h s ，“f o c u s i n gl i g h tt oat i g h t e rs p o t , o p t c o m m u n 17 9 ，1 ( 2 0 0 0 ) p t o r o k ，a n dp v a r g a ，“e l e c t r o m a g n e t i cd i f f r a c t i o no fl i g h tf o c u s e dt h r o u g hap l a n a r i n t e r f a c eb e t w e e nm a t e r i a l so fm i s m a t c h e dr e f r a c t i v ei n d i c e s ：a ni n t e g r a lr e p r e s e n t a t i o n ”j o p t s o c a m a 1 23 2 5 ( 1 9 9 5 ) a s v a nd en e s ，p r t m u n r o ，s f p e r e i r a ，j j m b r a a ta n dp t o r o k ，“c y l i n d r i c a lv e c t o r b e a mf o c u s i n gt h r o u g had i e l e c t r i ci n t e r f a c e ：c o m m e n to p t e x p r e s s12 ，9 6 7 ( 2 0 0 3 ) d p b i s sa n dt g b r o w n ，c y l i n d r i c a lv e c t o rb e a mf o c u s i n gt h r o u g had i e l e c t r i ci n t e r f a c e o p t e x p r e s s9 ，4 9 0 ( 2 0 01 ) l e h e l s e t h ，“r o l e so fp o l a r i z a t i o n ，p h a s ea n da m p l i t u d ei ns o l i di m m e r s i o nl e n ss y s t e m s ” o p tc o m m u n1 9 1 ，1 6 1 ( 2 0 0 1 ) p l g r e e n ea n dd g h a l l “f o c a ls h i f ti nv e c t o rb e a m s ”o p t i c se x p r e s s4 ，111 ( 19 9 9 ) r o r o n ，y - d a n z i g e r n d a v i d s o n ，a af r i e s e m ，a n de h a s m a n ，”d i s c o n t i n u o u sp h a s e e l e m e n t sf o rt r a n s v e r s ef o rt r a n s v e r s em o d es e l e c t i o ni nl a s e rr e s o n a t o r s ”，a p p l p h y s l e t t 7 4 ，1 3 7 3 ( 1 9 9 9 ) r o r o n ，s b l i t ，n d a v i d s o n ，a a f r i e s e m ，z b o m z o na n de h a s m a n ，“t h ef o r m a t i o no f 中国科学技术人学硕：- i j 学位论义 第一章绪论 l a s e rb e a m sw i t hp u r ea z i m u t h a lo rr a d i a lp o l a r i z a t i o n ，”a p p l p h y s l e t t 7 7 ，3 3 2 2 ( 2 0 0 0 ) l9 j jw y n n e ”g e n e r a t i o no ft h er o t a t i o n a ll ys y m m e t r i ct e01 a n dt m 01m o d e sf r o ma w a v e l e n g t h - t u n a b l el a s e r , ”ie e ej q u a n t e l e c q e - 10 ，l2 5 ( 19 7 4 ) 2 0 m e m a r h i ca n de g a r m i r e ”l o w - o r d e rt e0 qo p e r a t i o no fac 0 2l a s e rf o rt r a n s m i s s i o n 2 1 2 2 t h r o u g hc i r c u l a rm e t a l l i cw a v e g u i d e s ，”a p p l p h y s l e t t 3 8 ，7 4 3 7 4 5f 1 9 8 1 ) t e r d o g a n ，o k i n g ，g w w i c k s d gh a l l ，e h a n d e r s o n a n dm j r o o k s ，”c i r c u l a r l y s y m m e t r i c a lo p e r a t i o n o fa c o n c e n t r i c c i r c l e - g r a t i n g ，s u r f a c e e m i t t i n g ，a l o a a s o a a s q u a n t u m w e l ls e m i c o n d u c t o r - l a s e r ”a p p l p h y s l e t t 6 0 ，1 9 2 1 1 9 2 3 ( 1 9 9 2 ) m s t a l d e ra n dm s c h a d t ，l i n e a r l yp o l a r i z e dl i g h tw i t ha x i a ls y m m e t r yg e n e r a t e db y l i q u i d - c r y s t a l p o l a r i z a t i o nc o n v e r t e r s ，”o p t l e t t 21 ，19 4 8 ( 19 9 6 ) 2 3 d g a n i c ，x i a o s o n gg a n ，a n dm i ng u “g e n e r a t i o no fd o u g h n u tl a s e rb e a m sb yu s eo fa l i q u i d c r y s t a lc e l lw i t hac o n v e r s i o ne f f i c i e n c yn e a r10 0 ”，o p t i c sl e t t e r s2 7 ，13 51 ( 2 0 0 2 ) 2 4 s c t i d w e l l ，g h k i m ，a n dw d k i m u r a ，“e f f i c i e n tr a d i a l l yp o l a r i z e dl a s e rb e a m g e n e r a t i o nw i t had o u b l ei n t e r f e r o m e t e r ”a p p l o p t i c s3 25 2 2 2 ( 19 9 3 ) 2 5 s c t i d w e l l ，d h f o r d ，a n dw d k i m u r a ，g e n e r a t i n gr a d i a l l yp o l a r i z e db e a m s i n t e r f e r o m e t r i c a l l y ”a p p l o p t i c s2 92 2 3 4 ( 19 9 0 ) 2 6 g c h u r i n j h o b f e l da n dt t s c h u d i “p o l a r i z a n t i o nc o n f i g u r a t i o nw i t hs i n g u l a rp o i n t f o r m e db yc o m p u t e rh o l o g r a m s ”，o p t c o m m u n ，9 9 ，13 ( 19o ) 2 7 t g r o s j e a n ，d c o u r j o n ，a n dm s p a i e r ，“a na l l f i b e rd e v i c ef o rg e n e r a t i n gr a d i a l l ya n do t h e r p o l a r i z e dl i g h tb e a m s ，”o p tc o m m u n 2 0 3 ，1 ( 2 0 0 2 ) 2 8 g v o l p e ，d p e t r o v “g e n e r a t i o no fc y l i n d r i c a lv e c t o rb e a l n sw i t hf e w m o d ef i b e r se x c i t e d b yl a g u e r r e - g a u s s i a nb e a m s ”o p t c o m m u n 2 3 7 ，8 9 ( 2 0 0 4 ) 2 9 c n i u ，b g u ，b d o n g ，a n dy z h a n g an e wm e t h o df o r a n dr a d i a l l y p o l a r i z e db e a m s ”j p h y s d ：a p p l p h y s 3 8 ，8 2 7 3 0 h i t zb “c o n e - s h a p e db r e w s t e rs u r f a c ep r o d u c e sr a d i a ll p o l a r i z a t i o ne n h a n c e sp a r t i c l et r a p p i n g ，”p h o t o n i c ss p e c t r a 3 g e n e r a t i n ga x i a ll y - s y m m e t r i c 0 0 5 ) p o l a r i z e db e a m u n u s u a l l1 2 ( 2 0 0 5 ) 31 y k o z a w aa n ds s a t o ，“g e n e r a t i o no far a d i a l l yp o l a r i z e dl a s e rb e a mb yu s eo fac o n i c f i l b r e w s t e rp r i s m ，”o p t l e t t3 0 ，3 0 6 3 ( 2 0 0 5 ) 3 2 k s y o u n g m i c r o s c o p y ” 3 3 j c o u r t i a l ， w o r t ha n dt g b r o w n ，“l n h o m o g e n e o u sp o l a r i z a t i o ni n s c a n n i n go p t i c a l d a r o b e r t s o n 、k d h o l a k i a ，la l l e na n dm j p a d g e t t ，“r o t a t i o n a l f r e q u e n c ys h i f to f al i g h tb e a m ，”p h y s r e v l e t t 81 ，4 8 2 8 ( 19 9 8 ) 3 4 b h a f i z i ，e e s a r e ya n dps p r a n g l e ，“l a s e r - d r i v e na c c e l e r a t i o n w i t hb e s s e lb e a m s ，” p h y s r e v e5 5 ，3 5 3 9 ( 19 9 7 ) 3 5 vgn i z i e va n da ，v n e s t e r o v ，“i n f l u e n c eo fb e a mp o l a r i z a t i o no nl a s e rc u t t i n g e f f i c i e n c y , ”j p h y s d 3 2 ，1 4 5 5 ( 1 9 9 9 ) 3 6 q i w e nz h a na n dj a m e sr l e g e r , “m i c r o e l l i p s o m e t e rw i t hr a d i a ls y m m e t r y , ”a p p l o p t 4 1 ，4 6 3 0 ( 2 0 0 2 ) 6 q y 吼 3 7 3 8 t k u g a ，y t o r i i ，n s h i o k a w a ，t h i r a n o y s h i m i z ua n dh s a s a d a ，“n o v e lo p t i c a lt r a p o fa t o m sw i t had o u g h n u tb e a m 、”p h y s r e v l e t t 7 8 ，4 713 ( 19 9 7 ) s s a t o ，y h a r a d aa n dy w a s e d a ? “o p t i c a lt r a p p i n go fmi c r o s c o p i cm e t a lp a r t i c l e s ，”o p t l e t t 1 9 ，1 8 0 7 ( 1 9 9 4 ) 3 9 d p o h l “v e c t o r i a lt h e o r yo fs e l f - t r a p p e dl i g h tb e a m s ，”o p t c o m m u n 2 ，3 0 5 ( 1 9 7 0 ) 4 0 y c h e n “t ea n dt mf a m i l i e so fs e l f - t r a p p e db e a m s ”i e e ej q u a n t u me l e c t r o n 2 7 ， 1 2 3 6 ( 1 9 9 1 ) 4 1 a c i a t t o n i ，b c r o s i g n a n i ，r d p o r t oa n da y a r i v ，“a z i m u t h a l l y s o l u t i o n ：e x a c ts o l u t i o no fm a x w e l l se q u a t i o n si n ak e r rm e d i u m ” 0 7 3 9 0 2 ( 2 0 0 5 ) p o l a r i z e ds p a t i a ld a r k p h y s r e v l e t t 9 4 ， 4 2 h w a n ga n dw s h e “n o n p a r a x i a lo p t i c a lk e r rv o r t e xs o l i t o n s w i t hr a d i a l p o l a r i z a t i o n ，” o p t e x p r e s s 14 ，15 9 0 ( 2 0 0 6 ) 中同科学技术大学坝二i ：学位论义 第二带矢量偏振光束的产