摘要: 自激光出现以来，人们从未停止过相关学科和领域的探索，其已经渗透到了科技和生活的诸多方面。如何更有效地利用激光成为了研究的热点。光的基本性质中，频率、相位、振幅已经被深入研究并且得到广泛的应用。但是对于光场偏振态的调控，近几年才受到... 展开 自激光出现以来，人们从未停止过相关学科和领域的探索，其已经渗透到了科技和生活的诸多方面。如何更有效地利用激光成为了研究的热点。光的基本性质中，频率、相位、振幅已经被深入研究并且得到广泛的应用。但是对于光场偏振态的调控，近几年才受到关注。矢量光场作为一种偏振态在空间中呈现非均匀分布的光场，与普通标量光场相比，具有独特的性质，对光场的空间衍化和光场与物质相互作用中起到了越来越重要的作用。在光学诱捕、光学微操纵、光学微加工等方面，矢量光场发挥着巨大的作用。正是由于矢量光场新颖的特性及其潜在应用，对矢量光场的偏振调控及偏振特性已成为当前的研究热点之一。本论文围绕几种新型矢量光场的生成技术以及其传播特性展开理论和实验研究，主要内容如下: 1.介绍了矢量光场的多种生成方法，主要分为设计激光器谐振腔的主动生成方法和激光器谐振腔外设计光路的被动生成两大类。集中介绍了基于4F系统相干叠加生成矢量光场，并且分别介绍了利用该方法生成的局域线偏振矢量光场、杂化偏振矢量光场，以及新型的杂化椭圆偏振矢量光场和椭圆偏振矢量光场。 2.提出了利用庞加莱球上一对正交的椭圆偏振基矢生成任意矢量光场的方法。实验上生成了这种矢量光场并通过测量斯托克斯参量验证其特殊的偏振态分布。基于Richards-Wolf矢量衍射理论，分析计算生成的任意矢量光场的紧聚焦焦场分布。证明了通过对作为基矢的椭圆偏振的椭圆率进行调控可以实现对所生成的杂化椭圆偏振矢量光场的空间结构和焦场的调控。 3.通过在常用干涉光路中引入衰减片实验上生成椭圆偏振矢量光场，并计算分析了紧聚焦椭圆偏振矢量光场的焦场特征。深入研究了紧聚焦椭圆偏振矢量光场作用于电介质瑞利粒子产生的光力分布，实现了瑞利粒子的三维稳定捕获。研究发现由椭圆偏振矢量光场提供的额外自由度可控制偏振的空间结构，设计聚焦场分布，操控作用在电介质瑞利粒子上的光力分布。 4.从理论和实验上对非傍轴和傍轴近似条件下旋向变化矢量光场经过一个圆环衍射后的传播行为和焦场特性进行了研究。基于Rayleigh-Sommerfeld矢量衍射理论，分析旋向变化矢量光场圆环衍射后的焦场分布，同时研究了衍射过程中的偏振态衍化。 收起