摘要: 光子具有能量且为信息最重要载体之一。关于光的本质，人类目前还不能完全理解，对光的探索将会对当前的科学技术、人类生活以及社会发展产生深远的影响，而光场调控在其中将发挥不可或缺的作用。光场调控可分为时域和空域调控，其调控自由度主要包括... 展开 光子具有能量且为信息最重要载体之一。关于光的本质，人类目前还不能完全理解，对光的探索将会对当前的科学技术、人类生活以及社会发展产生深远的影响，而光场调控在其中将发挥不可或缺的作用。光场调控可分为时域和空域调控，其调控自由度主要包括振幅、相位、偏振和频率，我们常见的是振幅调控、相位调控和频率调控，而光场的偏振调控近年来得到广泛的关注，其独特性质在量子信息、光学微操纵、单分子成像、粒子加速、超衍射显微成像、微纳加工、生物光子学和光通信等领域具有巨大的潜在应用价值。由于矢量光场具有新颖的偏振特性及焦场分布，因此其与物质相互作用必将产生新的物理现象和效应;同时，矢量光场的三维焦场可实现具有特定光强分布的焦场，这将使得与之相关的研究成为可能，因此研究矢量光场聚焦场并实现焦场的三维调控具有重要的科学价值和实际意义。 本文对矢量光场的三维焦场调控及其在飞秒微纳加工上的应用进行了理论和实验研究，主要内容如下: 1.介绍了矢量光场的生成方法，分为主动生成和被动生成方法，其区别为矢量光场是否在激光腔内生成，在激光腔内生成的为主动生成方法而在激光腔外生成的为被动生成方法。并着重介绍了基于光学4f系统和空间光调制器来生成任意矢量光场的原理和方法。 2.研究矢量光场的聚焦特性，分析了可用来计算矢量光场紧聚焦场分布的Richards-Wolf矢量衍射理论的推导过程。基于这一理论，首先介绍了设计多个不同环带结构来调控矢量光场紧聚焦三维焦场，获得了长焦深光气泡结构、在焦场光轴附近具有纯纵向场分量以及三维围栏结构等具有特殊分布的焦场，另外通过增加环带的数量，获得更长焦深（大约6λ）、纵向场分量占主要贡献的焦场。其次介绍了对称破缺矢量光场紧聚焦焦场分布情况，同时设计了多孔光阑，并研究了其对矢量光场紧聚焦场分布的影响。 3.提出了矢量光场阵列的理论模型并研究了其聚焦特性，利用晶格点阵概念和傅里叶变换方法分析矢量光场阵列在弱聚焦情况下焦面上焦场强度分布情况。同时基于Richards-Wolf矢量衍射理论并通过坐标变换推导了矢量光场阵列紧聚焦焦场分布，通过matlab编程计算各种矢量光场阵列紧聚焦场分布，得到呈六角旋转对称排列的六个光斑图案且两光斑之间的距离可调，通过改变各矢量光场排列方式、偏振分布、单个矢量光场尺寸等参量，得到了各种排列的多焦斑图案。 4.基于光学4f系统和空间光调制器生成了飞秒矢量光场阵列，并利用生成的飞秒矢量光场阵列的紧聚焦焦场对硅材料表面进行了烧蚀实验，在硅表面得到不同排列的微纳尺寸多凹槽图案。通过随时间改变加载在空间光调制器上的计算全息图，使生成的矢量光场阵列随时间变化，并通过其紧聚焦场对铌酸锂内部进行加工，得到正方形、正六边形、正八边形、六角星、圆形等具有旋转对称性的图案，并通过移动三维平台得到类蜂窝状周期结构、多环带等结构。 收起