椭圆环光阑优化径向偏振光的单向聚焦性能

本文主要探讨了椭圆环光阑对径向偏振光束聚焦过程的影响。柱坐标系下，径向偏振的矢量光束相较于线偏振和圆偏振光，在通过高数值孔径透镜进行紧聚焦时，能展现出更小的聚焦斑点。这是由于径向偏振光的特性使得其在聚焦区域内光场的轴向分量更为集中。当在聚焦透镜前添加椭圆环形光阑时，这种聚焦效果得以进一步增强，特别是在某一特定方向上，聚焦斑的尺寸可以进一步减小。 研究发现，经过椭圆环形光阑的径向偏振光束在聚焦区域会形成两个聚焦瓣，而轴向分量则呈现为椭圆形的聚焦斑。这个现象可以通过物理原理来解释，即光阑结构优化了光束的能量分布，使得能量集中在特定的轴向模式。随着椭圆环形光阑内环半径的增大，径向偏振分量的聚焦瓣和轴向分量的聚焦斑的尺寸都能达到小于光波长三分之一的程度。然而，当环半径继续增大，尽管聚焦尺寸有所减小，但光通量的减少以及衍射效应会限制进一步的聚焦性能提升。 这一研究结果对于提高激光扫描显微镜的单向分辨率具有关键意义，因为更小的聚焦尺寸意味着更高的空间分辨率，这对于微观结构的观察和分析具有重大价值。因此，椭圆环光阑作为一种光束调控工具，能够被应用于精密光学系统中，如显微镜、激光加工等领域，以提升设备的性能和应用能力。整个研究过程结合了物理光学原理、偏振理论以及矢量光束的处理技术，为光束操控提供了新的思路和方法。