菲涅耳波带片焦点尺寸研究：轴向与横向分析

"菲涅耳波带片的轴向和横向焦点尺寸研究" 这篇研究文章深入探讨了标准二元菲涅耳波带片（FZP）在接收线性偏振光束照射时的轴向和横向焦点尺寸。菲涅耳波带片是一种衍射光学元件，广泛应用于纳米光刻、纳米技术以及高密度数据存储等领域。文章提供了一个无斑点轴向光斑大小的公式，该公式基于半峰全宽（FWHM）的概念，由Jiang-Wilson公式给出，表达式为dz = 0.9λ0∕(η - η^2 - NA^2)^1∕2。其中，λ0代表照明光的波长，η为介质的折射率，而NA则为FZP的等效数值孔径。 研究表明，当FZP的透明环数量不少于3个时，这个公式可以准确地描述轴向光斑的大小。另一方面，当数值孔径不是非常大时，横向光斑的大小与最外环的径向宽度呈现近似线性的关系。这揭示了FZP设计的重要参数及其对聚焦性能的影响。 文章的理论研究基于矢量角谱理论，这是一种描述光波传播和衍射的高级数学工具。为了验证这些理论结果，研究人员还采用了三维有限差分时域（3D FDTD）方法进行模拟，这是一种强大的计算电磁学工具，能够精确模拟光在复杂结构中的传播行为。 通过这些深入的研究，科学家们为FZP在实际应用中的优化提供了理论依据，尤其是在需要高精度聚焦或成像的场合，如纳米光刻工艺，其中FZP可以实现微小特征的精细雕刻；在纳米技术领域，它们可以用于构造微型光学设备；而在高密度数据存储中，FZP的高聚焦能力可能有助于提升存储密度和读取精度。 这项工作不仅丰富了我们对菲涅耳波带片光学特性的理解，还为实际应用中的FZP设计和优化提供了重要的指导原则。通过对轴向和横向焦点尺寸的精确控制，可以进一步提高衍射光学元件的性能，进而推动相关技术的发展。