离轴高斯涡旋光束的深聚焦特性与暗核分裂研究

本文主要探讨了离轴高斯涡旋光束的特殊聚焦特性，这是基于物理学报《ActaPhys.Sin.》的一篇研究论文，发表于2014年第21期。作者王慧、丁攀峰和蒲继雄来自华侨大学信息科学与工程学院，他们研究了离轴高斯涡旋光束通过大数值孔径透镜后的聚焦行为。 首先，文章引入了激光光束深度聚焦的概念，这一现象在NA（ Numerical Aperture，数值孔径）大于0.7的大透镜下尤为显著，能产生亚波长级别的光斑和轴向成分，对于提升聚焦成像系统的空间分辨率有着重要作用，被广泛应用在高密度光数据存储、显微技术和粒子数陷阱等领域。 研究焦点在于离轴高斯涡旋光束，这是一种偏离中心轴线的光束。不同于常规的涡旋光束，离轴光束由于存在一定程度的偏离，其聚焦特性更具实用价值。作者采用德拜矢量衍射积分理论作为研究工具，通过理论分析获得了离轴高斯涡旋光束在经过大数值孔径透镜后的复振幅分布函数，并深入剖析了离轴距离对其聚焦场光强分布和相位分布的影响。 核心发现包括：随着离轴距离的增加，光束在焦平面上的光强分布会呈现出更大的y轴方向上的不均匀性；离轴距离的正负值决定了光强集中区域的方向。此外，高阶离轴涡旋光束在深聚焦后展现出独特的“暗核分裂”现象，即原暗核分裂成多个相位奇点，这些奇点的数量与原始光束的拓扑荷数相等，且分裂后的奇点具有明显的对称性。这一现象是由大数值孔径透镜的深聚焦过程所引起的，它不同于一阶离轴涡旋光束的聚焦行为。 通过数值模拟，作者揭示了离轴距离和拓扑荷数对聚焦场特性的重要影响，这对于理解和优化离轴涡旋光束在实际应用中的性能具有重要意义。该研究不仅扩展了对涡旋光束聚焦特性的理解，也为高精度光学系统设计提供了理论依据。 关键词：深聚焦、暗核分裂、德拜矢量积分、离轴高斯涡旋光束。该研究的PACS分类为42.25.-p（光学仪器和方法）、42.25.Bs（光学物理）和42.25.Hz（光子学），并被分配了DOI:10.7498/aps.63.214202，表明其在学术界具有较高的引用价值。