發(fā)布時(shí)間：2020-11-04 09:38

　　 近年來隨著偏振光學(xué)的迅速發(fā)展,人們逐漸意識(shí)到偏振能夠?yàn)楣鈱W(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供更為豐富的自由度。由于獨(dú)特的空間偏振狀態(tài)分布,矢量光場(chǎng)在空間傳播演化及與物質(zhì)相互作用的過程中產(chǎn)生了許多新的光學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象,矢量光場(chǎng)已成為了一個(gè)令人關(guān)注的研究領(lǐng)域。本文主要圍繞矢量光場(chǎng)與復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的相互作用及機(jī)理展開研究,旨在為解決偏振光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一些前沿問題,如精確調(diào)控矢量光場(chǎng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)高性能的光學(xué)系統(tǒng)、提高對(duì)光場(chǎng)偏振特性的有效利用、校正和補(bǔ)償偏振敏感光學(xué)系統(tǒng)的偏振像差等科學(xué)問題,奠定理論基礎(chǔ)并提供技術(shù)指導(dǎo)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:首先提出了一種基于雙延遲器級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的矢量光場(chǎng)偏振調(diào)控方法。構(gòu)建了利用雙延遲器級(jí)聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控矢量光場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型,詳細(xì)討論了多種不同組合模式下的偏振調(diào)控效果和變化規(guī)律,包括雙1/2波片組合、雙1/4波片組合、單1/2波片和單1/4波片組合,分析并仿真計(jì)算了不同組合模式對(duì)矢量光場(chǎng)的偏振態(tài)分布的影響,最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該偏振調(diào)控方法的有效性。其次,以深紫外光刻投影物鏡為例研究了復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)自身的偏振特性。建立了光學(xué)薄膜偏振特性分析的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了深紫外增透膜系,并利用MATLAB語言實(shí)現(xiàn)了膜系偏振特性參數(shù)的計(jì)算;在此基礎(chǔ)上,基于三維偏振光追跡算法構(gòu)建了三維偏振像差函數(shù),討論了三維偏振像差函數(shù)的光瞳分布與視場(chǎng)、波長、以及光學(xué)薄膜的關(guān)系,并分析了二向衰減像差和位相延遲像差的分布規(guī)律。最后,研究了矢量光場(chǎng)與深紫外光刻投影物鏡的相互作用及機(jī)理。分析了矢量光場(chǎng)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響,采用徑向矢量光場(chǎng)和切向矢量光場(chǎng)作為照明光源,討論了矢量光場(chǎng)的偏振態(tài)分布對(duì)深紫外光刻投影物鏡波像差的影響;研究了光學(xué)系統(tǒng)對(duì)入射的矢量光場(chǎng)偏振態(tài)分布的影響和調(diào)制作用,分析計(jì)算了采用不同的柱對(duì)稱矢量光場(chǎng)入射系統(tǒng)后,出射光場(chǎng)的偏振態(tài)的分布情況。
【學(xué)位單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O436.3
【部分圖文】：

圖 1.1 矢量光場(chǎng)的偏振態(tài)空間分布：(a)徑向偏振光束；(b)切向偏振光束；（c）復(fù)雜偏振光束光的偏振特性為光場(chǎng)調(diào)控提供了新的自由度。由于獨(dú)特的空間偏振狀態(tài)分布，光場(chǎng)在空間傳播演化及與物質(zhì)相互作用的過程中產(chǎn)生了許多新的光學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象前矢量光場(chǎng)的主要應(yīng)用如下：(1)光學(xué)微操控：根據(jù)矢量光場(chǎng)在高數(shù)值孔徑下的聚焦特性形成的光輻射壓力對(duì)粒子進(jìn)行捕獲和操縱[16]，如圖 1.2 所示；(2)超衍射極限聚焦：利用柱對(duì)稱矢量光束進(jìn)行超衍射極限聚焦，在信息存儲(chǔ)和微加工方面有重要應(yīng)用價(jià)值[17-18]；(3)表面等離子激元：矢量光場(chǎng)與金屬微納材料作用后會(huì)出現(xiàn)負(fù)折射率[19]、非線應(yīng)[20]和折射率變化[21]等效應(yīng)，在微納光學(xué)、生物科學(xué)等方面有廣闊的應(yīng)用前景；(4)飛秒矢量光場(chǎng)微納加工：飛秒矢量光束比傳統(tǒng)的線偏振激光束在微納加工上優(yōu)勢(shì)，具有效率高、材料損傷小、精度高、可進(jìn)行三維加工[22]等特點(diǎn)。

光場(chǎng)的偏振態(tài)空間分布：(a)徑向偏振光束；(b)切向偏振光束；（c）振特性為光場(chǎng)調(diào)控提供了新的自由度。由于獨(dú)特的空間偏振間傳播演化及與物質(zhì)相互作用的過程中產(chǎn)生了許多新的光學(xué)場(chǎng)的主要應(yīng)用如下：微操控：根據(jù)矢量光場(chǎng)在高數(shù)值孔徑下的聚焦特性形成的光捕獲和操縱[16]，如圖 1.2 所示；射極限聚焦：利用柱對(duì)稱矢量光束進(jìn)行超衍射極限聚焦，在面有重要應(yīng)用價(jià)值[17-18]；等離子激元：矢量光場(chǎng)與金屬微納材料作用后會(huì)出現(xiàn)負(fù)折射射率變化[21]等效應(yīng)，在微納光學(xué)、生物科學(xué)等方面有廣闊的矢量光場(chǎng)微納加工：飛秒矢量光束比傳統(tǒng)的線偏振激光束在有效率高、材料損傷小、精度高、可進(jìn)行三維加工[22]等特點(diǎn)

18(a) S-plate(b) Retarder-1 (c) Retarder-2(d)圖 3.2 矢量光場(chǎng)偏振調(diào)制原理 3.2 所示，由 S 波片和雙延遲器組成的矢量光場(chǎng)調(diào)制原理圖。入射光光，一般是由激光器發(fā)出的基膜高斯光束，假設(shè)高斯光束偏振方向沿著沿著 z 軸，可用基爾霍夫公式表示為：( )( )2 22 2012( , , ) exp exp (z)(z) (z) 2x yA x yE x y z x ik z iR z ω ω ++= + + 為原點(diǎn)處（z=0）中心點(diǎn)的振幅， ω ( z)代表光斑的半徑， R ( z )代表 x 代表電矢量方向， ( z)代表位相,k 為波數(shù)。標(biāo)量基膜高斯光場(chǎng)經(jīng)調(diào)制為徑向矢量光束，如圖 3.1(d)所示，徑向矢量光場(chǎng)橫截面上任意表示為：
【參考文獻(xiàn)】

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1 李旸暉;郝翔;史召邑;帥少杰;王樂;;光學(xué)薄膜誘導(dǎo)偏振像差對(duì)大數(shù)值孔徑光學(xué)系統(tǒng)聚焦特性的影響[J];物理學(xué)報(bào);2015年15期

2 席思星;王曉雷;黃帥;常勝江;林列;;基于光學(xué)全息的任意矢量光的生成方法[J];物理學(xué)報(bào);2015年12期

3 盧進(jìn)軍;楊凱;孫雪平;朱維兵;呂華;;Schmidt棱鏡偏振像差對(duì)成像質(zhì)量的影響[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2013年11期

4 郭福源;李連煌;;標(biāo)量衍射積分公式比較分析[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

5 鄧元龍,姚建銓,阮雙琛,孫秀泉,王鵬;納米厚度薄膜外差橢偏測(cè)量技術(shù)的研究[J];光學(xué)技術(shù);2005年03期

6 李剛,高勁松,孫連春;光學(xué)系統(tǒng)的偏振像差研究[J];光學(xué)技術(shù);2003年05期

本文編號(hào)：2869928