光束的矢量特性在光学检测、显微镜技术、光存储、光通讯以及激光加工等领域的作用已经进行了广泛地研究。然而这些工作大部分仅限于空间均匀的偏振光束，例如线偏振、圆偏振和椭圆偏振。2001年Gori基于琼斯矢量提出了一类非均匀偏振光束，轴对称偏振光束是其中一种特殊的非均匀偏振结构，径向偏振与角向偏振是轴对称偏振的两个典型偏振态。径向偏振光束具有轴对称的电场矢量结构和中空的环状强度分布，它经高数值孔径透镜聚焦后能够产生强度更大的电场纵向分量，在相同条件下，径向偏振光束聚焦光斑可以达到0.16λ2，而对于线偏振光束，聚焦光斑仅为0.16λ2。强度更大、光斑更小的电场纵向分量使径向偏振光束在电子加速、光学捕获、光学显微镜和激光加工等领域发挥着重要的作用。例如，在高功率激光器中使用径向偏振光束可以有效地消除由热效应引起的双折射和双焦点的影响。在相同的条件下进行激光切割，径向偏振光束比圆偏振光束能够实现更高的能量吸收效率，即切割速度与切割深度的乘积因子提高1.5-2倍。实验表明，在相同条件下对低碳钢进行激光打孔，与线偏振和圆偏振相比，采用角向偏振光束可以提高1.5-4倍的加工效率。
由于轴对称偏振光束具有这些独特的优势，因此，研究它的矢量结构特性具有十分重要的价值。武汉国家光电实验室工业激光器团队的王又青教授、贾信庭博士等对轴对称偏振光束经圆孔光阑衍射的远场矢量结构特性进行了深入的研究。根据矢量角谱表示法，将受硬边光阑衍射的轴对称偏振拉盖尔-高斯光束的电磁场分解为TE项和TM项两个部分，并且使用稳相法推导出轴对称偏振拉盖尔-高斯光束经圆孔光阑衍射的TE项和TM项在远场的电磁场解析表达式。其中径向偏振光束、角向偏振光束和自由空间的情况都可以作为我们理论模型的特例。分析表明，圆孔光阑的存在并没有改变轴对称偏振光束的矢量结构和偏振特性。束腰宽度与波长的比值、光束阶数、截断参数和电场矢量与径向之间的夹角这四个参数共同决定了轴对称偏振光束通过圆孔光阑衍射后在远场的TE项能流分布、TM项能流分布、总能流分布。
该研究得到了国家“ 十一五”科技支撑计划—“ 7kW轴快流CO2激光器”项目的支持，研究结果发表在Optics Letters (Vol. 36, No. 2, pp. 295-297)。
(责任编辑：陈智敏)
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