摘要: 随着激光的产生以及相关科学技术的不断发展，我们对光学的认知也在不断加深，为了更深入地挖掘激光的潜能和转化相关光学知识的应用价值，大批科研工作者把目光投向了光场调控这一领域。在光的基本性质中，振幅、频率、相位和偏振是表征和调控光场的... 展开 随着激光的产生以及相关科学技术的不断发展，我们对光学的认知也在不断加深，为了更深入地挖掘激光的潜能和转化相关光学知识的应用价值，大批科研工作者把目光投向了光场调控这一领域。在光的基本性质中，振幅、频率、相位和偏振是表征和调控光场的重要参数，对于偏振，人们主要是以矢量光场的形式对光场的偏振态进行空域调控。矢量光场相对于传统的标量光场具有丰富的调控自由度，为焦场的空间分布提供了更多变化，拥有许多新颖的性质。随着人们对矢量光场研究兴趣的增加，开发新型矢量光场的需求也愈发迫切。 庞加莱球是一种表征偏振态的模型，球壳上的每一个点表示一种偏振态。通过将不同的正交偏振光叠加等方式，研究者们得到了全庞加莱矢量光场，并应用在了一些领域，如平顶光束整形、偏振发生器、光学捕获和光学通信等。本文围绕着一种新型庞加莱球矢量光场的设计生成及聚焦性质进行研究，主要内容如下： 1.提出了一种通过将庞加莱球的球面二维展开来构造庞加莱球矢量光场的方法，包括全庞加莱球矢量光场和半庞加莱球矢量光场，即光场的偏振态可以覆盖庞加莱球面上所有区域或一半区域。定义了庞加莱球矢量光场中所有可以灵活调控的自由度，给出了这种新型矢量光场的偏振态表示方法。理论仿真了各种参数下光场的偏振态分布和斯托克斯参量，分析了这些矢量光场的偏振态分布特点。 2.利用基于加载了二维全息光栅的空间光调制器和4f光学系统的任意矢量光场生成方法，我们生成了这种新型庞加莱球矢量光场，包括利用北半球得到的半庞加莱球矢量光场和利用南北半球互相拼接得到的全庞加莱球矢量光场。将实验结果与模拟仿真的结果进行对比，发现理论仿真的结果吻合较好，并总结了可能的误差原因。 3.根据Richards-Wolf矢量衍射理论研究了新型庞加莱球矢量光场的聚焦特性与焦场的偏振态分布。根据偏振态分布将焦场覆盖到庞加莱球上，利用摩尔威特投影将焦场对庞加莱球的覆盖转化为二维图案，并研究了通过改变入射场的参数来调控焦场在庞加莱球上覆盖率的变化规律。发现在北半球的右旋偏振态占整个波面偏振态的比例满足黄金分割率时，可以在焦面上实现高质量的的全庞加莱球矢量光场。最后利用焦场对庞加莱球覆盖的二维图案更直观地分析了聚焦过程中光场的自旋角动量变化情况。我们发现，半庞加莱球矢量光场与全庞加莱球矢量光场在聚焦过程中会发生自旋角动量的湮灭和转化，对矢量光场自旋角动量的研究具有一定的启发意义。 收起