紧聚焦的角向偏振艾里光束产生超分辨光针

刘嘉伟，聂仲泉*

(1.太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室，太原 030619；2.太原理工大学 物理与光电工程学院，太原 030619)

引 言

近些年，无衍射超分辨光针因其在激光直写、纳米光刻、高密度磁光存储、超分辨成像和高效粒子操控等领域的广泛应用[1]，成为了热门的研究课题。而圆柱矢量光场在无衍射聚焦方面具有独特的优势，其中径向偏振光聚焦后可以在聚焦光场形成很强的纵向成分[2-3]。利用二元相位光学衍射元件能够使聚焦光场的能量重新分布，形成光针。由五环相位滤波器调制的径向偏振贝塞尔-高斯光束经高数值孔径物镜聚焦，形成半峰全宽(full width at half maximum，FWHM)为0.43λ(λ为波长)，以及聚焦深度(depth of focus，DOF)为4λ的亚波长纵向偏振光针[4]。同样，利用粒子群优化算法(particle swarm optimization，PSO)优化设计的新型正弦三元混合滤波器，可以调制径向偏振的贝塞尔-高斯光束形成FWHM为0.414λ以及DOF为7.58λ的超分辨纵向偏振光针[5]。以上提到的光针都是由径向偏振光形成，其纵向成分占主导。

同样的，角向偏振光聚焦后可以在聚焦光场形成有着超长的DOF，更有利于应用于激光直写、高密度磁光存储等领域[6-7]。角向偏振光直接聚焦，聚焦光场是中空的暗场[8]，与横向偏振光针相关的科研工作较少。而用2π涡旋相位滤波器调制角向偏振光，经高数值孔径物镜聚焦后可以形成纯横向偏振的光针。由2π涡旋相位滤波器和二元相位光学衍射元件调制的角向偏振的贝塞尔-高斯光束聚焦后，形成FWHM为0.40λ以及DOF为6.32λ的无衍射横向偏振光针[9]。……