Экспериментальная реализация поляризационно-модовых преобразований для управления распределением компонент электрического поля остросфокусированных лазерных пучков

• Автор: Алфёров, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Оглавление
Введение

Цель диссертационной работы

Научная новизна работы

Практическая значимость

Защищаемые положения

Публикация и апробация работы

Глава 1. Формирование иеоднородно-ноляризованных лазерных пучков с помощью оптических систем, включающих ДОЭ

1.1 Обзор методов формирования неоднородно-поляризованных лазерных пучков

1.2 Поляризационные конверторы на основе сложения линейно поляризованных пучков

1.3 Поляризационные конверторы на основе сложением двух пучков с противоположными круговыми поляризациями
1.4 Преобразователи поляризации на основе секторных пластин
1.5 Поляризационные преобразователи на основе двулучепреломляющего кристалла
1.5.1 Распространение лазерных пучков с осевой симметрией вдоль оси кристалла
1.5.2 Экспериментальное исследование поляризационных преобразований в одноосных кристаллах
1.6 Выводы к первой главе
Глава 2. Исследование распределения компонент электрического поля в остросфокусированных пучках с различными поляризациями

2.1 Обзор методов исследования распределения компонент
электрического поля в остросфокусированных пучках
2.2 Исследование остросфокусированных распределений интенсивности с помощью конфокальной микроскопии
2.3 Исследования поляризационной чувствительности СБОМ на основе применения фазовой пластинки
2.4 Исследование остросфокусированных пучков высоких порядков с радиальной и азимутальной поляризациями с помощью СБОМ
2.5 Исследование фокусировки неоднородно-поляризованных пучков, сформированных при помощи секторных пластин
2.6 Выводы ко второй главе
Глава 3. Управление вкладом компонент электрического поля в фокальной области на основе применения ДОЭ
3.10 возможности применения фокусирующих ДОЭ для управление вкладом компонент электрического поля в фокальной области
3.2 Фокусировка различными типами аксиконов излучения с линейной и круговой поляризациями
3.3 Фокусировка различными типами аксиконов радиальной и азимутальной поляризации
3.4 Фокусировка пучков, сформированных секторными пластинками, дифракционным аксиконом с умеренной числовой апертурой
3.5 Выводы к третьей главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение
Развитие микро и нанотехнологий требует новых методов формирования и исследования световых полей с субволновыми размерами областей локализации энергии. Подобные задачи характеризуются непараксиальным распространением света и невозможностью применения скалярного приближения. На первый план выходит распределение энергии электрического поля по компонентам и, как следствие, поляризационные характеристики излучения. Поляризационнонеоднородные лазерные пучки находят свое применение в таких приложениях как острая фокусировка, ускорение электронов, микроэллипсометрия, сверхразрешение [1-4]. Острая фокусировка пучков с неоднородной поляризацией [1-7] являєіся одним из наиболее перспективных подходов к преодолению дифракционного предела в оптике. При радиальной поляризации в этом случае в фокусе возникает мощная продольная компонента электрического поля [1—4]. Именно этот факт стал толчком к разработке новых методов формирования поляризационнонеоднородных лазерных пучков [8-15]. Известны различные схемы генерации аксиально-поляризованных пучков, использующие специальные устройства как внутри резонаторов, так и вне. Главным преимуществом внерезонаторных методов является универсальность.
Самыми простыми являются методы, основанные па применении секторных пластинок, в которых сектора представляют собой соответствующим образом ориентированные либо полуволновые пластинки [8], либо пленочные поляризаторы [9]. В первом варианте используется линейно-поляризованный освещающий пучок, а во втором случае - пучок с круговой поляризацией. В первом вариаіпе одна и та же пластинка может формировать и радиальную, и азимутальную поляризации, а во втором только какую-то одну. Понятно, что полное преобразование энергии обеспечивает лишь первый вариант метода. Однако такая пластинка гораздо сложнее реализуется в технологическом плане. И даже самая точная реализация пластинки все равно требует применения пространственной фильтрации полученного пучка [8] для устранения негативного влияния іраниц секторов и их непараллельное. Все эго приводит к

В принципе, отличительной особенностью секторных поляризационных преобразователей является простота использования готовых устройств при относительной сложности их качественного изготовления. Основными факторами, ухудшающими качество сформированных пучков и, соответственно, усложняющими технологию реализации, являются дифракция на границах секторов и отклонения от параллельности секторов у пластинок первого типа. Данные факторы приводят к появлению высокочастотных шумов в виде дифракционных полос (особенно в ближней зоне) и к дополнительным нарушениям аксиальной симметрии сформированных пучков. Изначальное нарушение осевой симметрии определяется ограниченностью числа секторов (обычно не более 8). В работах [8, 9, 77] для борьбы с указанными явлениями применяют низкочастотную пространственную фильтрацию полученного пучка при помощи телескопической системы с точечной диафрагмой в фокусе. Эго приводит к значительным потерям энергии, хотя дискретность из-за ограниченности числа секторов всё равно частично сохраняется. В диссертации рассматривается применение секторных поляризационных пластин для создания радиально- и азимутально-поляризованных пучков, фокусируемых как высокоапертурпым объективом, так и дифракционным аксикопом с умеренной числовой апертурой NA=0,25 [78*].
Восьмнсекторные пластинки па основе полуволновых пластинок мультипорядка для длины волны 633 нм были изготовлены научно-производственной фирмой ЭЛАН (г. Санкт-Петербург) по технологии фиксации секторов между двумя плоскопараллсльными пластинами (см. рис. 1.15). В процессе отработки технологии нарезки секторов выяснилось, что обычная технология лазерной резки (термораскалывание) для произвольной ориентации реза относительно оси кристалла не обеспечивает высокого качества реза (поверхности реза могут отклоняться от строгой перпендикулярности по отношению к поверхности пластинок). Данное обстоятельство, как показали дальнейшие исследования, имело негативные последствия для результатов экспериментов. На рис. 1.15 представлен элемент