部分相干径向偏振光束在单轴晶体的偏振特性开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

径向偏振光束是一种形式独特的、新颖的偏振光模式，它是轴对称偏振光束的一种重要类型，其特点就是在光束横截面上除中心点外任意一点电场矢量方向与径向平行。径向偏振光束与自然光束的区别有二，一是自然光束的横截面上每一点在任意方向都具有偏振态，而径向偏振光束横截面上除中心以外任一点的偏振方向都沿着半径方向；二是径向偏振光束的轴上光强为零而自然光束不是。相比于其他传统偏振模式的光束，径向偏振光的轴向中心对称性更好，正因如此，工业和科研领域对其投入了极大的关注，它在激光切割、粒子加速、光学显微等尖端科技中有着非常广阔的应用前景。1972年，日本Tohoku大学的Y.Mushiake等人在实验中得到了第一束径向偏振光。 目前，研究者已经可以制作出较高纯度和较大功率的径向偏振光。 在激光通信等实际应用过程中，晶体元件在一个复杂光学系统的构成中扮演着重要角色，例如偏振器、调制器、光波导等。其中单轴晶体作为一种特殊的光学晶体，它所具有的旋转对称性使其具有优良的物理和光学性质，被普遍应用。从客观实际出发，自然界中存在的光源均为部分相干，而作为一种特殊的光束，部分相干的径向偏振光束在单轴晶体中的传输特性研究较少。2001年，Ciattoni等人在理论上分析了相干光束沿单轴晶体光轴方向传输时的传输特性，并给出了光束在单轴晶体中传输时的矢量公式。2003年，Cincotti等人分析了径向偏振光束在晶体中的传输，研究发现光束的拓扑电荷在各向异性介质中是独立的。2007年，Muys等人的研究指出径向偏振光沿着平行于光轴方向在单轴晶体中传播时其偏振度不会改变。 作为一种新颖的、形式独特的偏振光模式，径向偏振光束优越的光束特性逐渐被科学界所重视，越来越多的实验提出了各种不同实际产生径向偏振光束的方法，而且其输出功率和纯度日益得到提高。目前一些尖端科学应用径向偏振光束，取得了良好的成果，证明了其理论研究价值和广阔的应用前景。径向偏振光可以进一步地提升捕捉金属粒子、存储密度、显微镜分辨率、新型干涉仪等技术的精密程度，在光学成像和通信领域中的优势巨大。为了更好的认识径向偏振光束的本质，了解其在单轴晶体中的传输特性，挖掘出其更深的利用价值，本文从径向偏振光束形成的基本原理出发，论述径向偏振光束的实验产生方法、尖端应用，研究部分相干径向偏振光束在单轴晶体中的偏振特性，对径向偏振光理论进行分析与讨论，从而充分体现出部分相干径向偏振光束的广阔发展前景。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容： 对径向偏振光束形成的基本原理进行分析，通过对交叉光谱密度矩阵相关理论，光束在单轴晶体中传输傍轴近似公式和传输矩阵元法的学习，建立部分相干径向偏振光束在单轴晶体传输的理论模型，分析在单轴晶体中部分相干径向偏振光束的偏振特性。

目标： 通过对部分相干径向偏振光束在单轴晶体中的偏振特性的研究，认识其在单轴晶体中的传输特性，为进一步应用径向偏振光奠定一定的理论和实践基础。

拟采用的技术方案及措施： 根据交叉光谱密度矩阵的相关理论，在傍轴近似下，在单轴晶体中传输的激光光束的x、y分量均可用解析式表示出，并可以看出相干光束的x和y分量和o光、e光的折射率相关，两个分量相互独立。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的理论知识、技术要求以及相关资料。

确定方案，完成开题报告。

第4-8周：分析基本原理，进行理论推导。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]周炳琨，高以智，陈倜嵘等．激光原理[m]．北京：国防工业出版社，2009.

[2]周哲海．轴对称偏振光束的生成、特性及应用[d].北京：清华大学图书馆，2010.

[3]q.zhan.cylindricalvectorbeams:frommathematicalconceptstoapplications[j].advancesinopticsandphotonics,2009,1(1):1-57.