Формирование световых полей со сложной пространственной и поляризационной структурами

• Автор: Воронцов, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 98 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Световые поля с неоднородной поляризацией
1.1. Решение волнового уравнения в виде световых полей с неоднородной поляризацией
1.2. Практическое использование световых полей с неоднородной
поляризацией
1.3. Активные методы формирования световых полей с неоднородной поляризацией
1.4. Внешние поляризационные устройства
1.5. Интерференционный подход к синтезу световых полей с неоднородной поляризацией
1.6. Выводы
Глава 2. Интерференционная схема для формирования световых полей с неоднородной поляризацией на основе астигматического преобразования
2.1. Астигматическое преобразование
2.2. Дифракционный астигматический конвертер
2.3. Экспериментальная схема формирования световых полей с неоднородной поляризацией
2.4. Астигматическое преобразование пучков с радиальной и азимутальной поляризацией
2.5. Синтез пучков с помощью астигматического преобразования
2.6. Выводы
Глава 3. Световые поля с заданной формой интенсивности

3.1. Задача формирования световых полей с распределением интенсивности заданной формы
3.2. Геометрооптический метод расчёта дифракционных оптических элементов
3.3. Итерационные алгоритмы расчета дифракционных оптических элементов
3.4. Выводы
Глава 4. Расчет дифракционных элементов на основе оптики фурье-инвариантных полей
4.1. Фурье-инвариантные световые поля
4.2. Метод расчёта фазовых элементов для формирования световых полей с заданной интенсивностью
4.3. Влияние различных параметров на качество формируемых световых полей
4.4. Экспериментальное формирование световых полей
4.5. Выводы
Заключение
Приложение А. Расчет интенсивности пучка Эрмита-Гаусса после астигматического преобразования
Приложение Б. Фурье-инвариантные поля как следствие теории гауссовых пучков света
Приложение В. Доказательство фурье-инвариантности световых полей
Список использованных источников и литературы

Введение
Актуальность темы
Поляризация лазерного излучения играет заметную роль при изучении оптических явлений. В последнее время возрос интерес к световым ПОЛЯМ, имеющим неоднородную поляризацию. Особое внимание уделяется пучкам с радиальной и азимутальной поляризацией. Такие поля активно применяются для решения разнообразных задач в лазерной микроскопии сверхвысокого разрешения [1-3], лазерной манипуляции [4-7], медицинской диагностике [8], в технологических процессах обработки металлов [9-11], ускорении электронов [12-14], исследовании плазмонов [15].
Среди существующих подходов к формированию пучков с неоднородной поляризацией выделяют активные и пассивные методы [16]. Активные методы основаны на модификации лазерных резонаторов. Для этого используются специальные дифракционные решетки [17, 18], анизотропные свойства активной среды или кристаллы [19, 20], конические зеркала [21]. Главный недостаток активных методов состоит в том, что они ориентированы на конкретный тип лазеров и, как правило, на получение какого-то одного типа неоднородной поляризации.
Синтез пучков с неоднородной поляризацией с помощью внешних устройств либо интерференционных схем относят к пассивным методам. Принцип действия поляризационных устройств основан на локальном изменении состояния поляризации в каждой точке поперечного сечения лазерного пучка, первоначально имеющего однородную поляризацию. Для этого используют многосегментные полуволновые пластинки [22, 23], фазовые спиральные элементы [24, 25], нематические жидкокристаллические ячейки [26-28]. Хотя такие элементы позволяют формировать поля с разнообразными структура-

Рис. 2.6. Компенсаторы астигматизма
с неоднородной поляризацией. При отражении пучка от зеркала изменяется знак его топологического заряда. Для того чтобы сохранить знак топологического заряда в каждом из пучков, в одно из плеч интерферометра введено дополнительное зеркало М-5.
Для анализа структуры поляризации использовался метод исследования распределения интенсивности, которое формируется после прохождения пучком поляризатора [29, 60]. Рассмотрим прохождение пучка с радиальной поляризацией
через поляризатор на основе метода матриц Джонса. Поле (2.11) представимо в виде столбца Джонса
Матрица Джонса для поляризатора, ось которого повернута на угол т относительно горизонтальной оси, имеет вид
Д — іСодДж — геу)еті + Дб? о,-і(еж + іеу)еіші (2-11)
(2.12)
(2.13)