基于4Pi聚焦系统的圆柱矢量涡旋光束的焦场调控

基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论,研究了拉盖尔-高斯分布圆柱矢量(CV)涡旋光束同轴相向入射到插入了衍射光学元件(DOE)的由两个相同高数值孔径透镜构成的4Pi聚焦系统的聚焦特性.数值模拟结果表明,DOE的相位调制使焦场呈现球形结构,增加DOE的环数可以得到更多的光球.采用六环DOE且两侧入射光束同相时,当拓扑电荷m=0,径向偏振光束聚焦得到6个半峰全宽均为0.42λ(λ为波长)并以间距0.83λ沿轴向排列的单行多光球结构;角向偏振光束聚焦得到每行各5个光球且行间距为0.75λ的双行多光球结构,其大小和纵向间距与径向聚焦结果一致;偏振角为52.的CV光束聚焦可以形成光链结构.m=±1时CV涡旋光束的聚焦也能得到光链结构;m=2时其焦场强度分布会转化为暗通道结构.此外,通过调节4Pi聚焦系统两侧入射光束的相位差还可以控制生成的焦场沿着纵向方向移动,移动距离与相位差为线性关系,且移动速度与相位差的变化速率线性相关.这些结果对于微观粒子的捕获和操控具有潜在的应用价值.