The focusing performance of a radially polarized beam

径向偏振光束的聚焦特性是光束聚焦领域中的一个重要研究课题，其在光学数据存储、光学直接写入和读取等应用中具有潜在的应用价值。在高数值孔径（NA）透镜聚焦条件下，径向偏振光束可以实现超分辨率聚焦，进而实现光学针尖的生成。 文中提到的三位研究人员林杰、关健、彭金，来自哈尔滨工业大学自动测量与控制工程系，他们基于德拜积分公式（Debye integral）综合讨论了几种不同类型的径向偏振光束的聚焦特性。具体而言，他们研究了贝塞尔-高斯（Bessel-Gaussian）、双曲正弦高斯（Sinh-Gaussian）以及中空高斯（Hollow Gaussian）光束在高NA透镜下的聚焦特性。通过研究聚焦场的最大强度偏移以及横向分辨率，他们探讨了贝塞尔-高斯光束参数对光学针尖生成的影响，并分析了双曲正弦高斯光束和中空高斯光束参数对聚焦性能的强影响。 贝塞尔-高斯光束是由贝塞尔函数和高斯函数共同描述的光束类型，具有无衍射的特性，这意味着其在传播过程中光束横截面的强度分布不随传播距离而改变。而双曲正弦高斯光束和中空高斯光束则是在特定应用中根据需求设计的特殊光束形式，它们在聚焦性能上具有独特的优点。 文章中特别提到的德拜积分公式是一种用于计算光束在复杂介质中传播与聚焦后场分布的数学工具。它能提供对光场的矢量分析，从而帮助研究者了解光束在聚焦点附近的矢量特性。在高NA透镜聚焦的情况下，使用德拜积分公式能够更准确地计算出聚焦后光场的三维分布，这对于理解光束聚焦特性的细节至关重要。 研究者们通过实验和理论分析，证明了径向偏振光束特别是中空高斯光束在高NA透镜下的聚焦性能。结果显示，通过调整中空高斯光束的参数，可以在亚波长尺度上实现聚焦，从而达到超分辨率的效果。这一发现为光学显微镜、光存储和光刻技术等领域提供了新的思路和技术基础。 在技术细节上，研究者们还发现聚焦后的光束质量以及焦点的大小受到了双曲正弦高斯光束参数的影响。具体而言，当双曲正弦高斯光束参数较大时，焦点尺寸及光束质量表现出特定的性能变化。 文章提出的径向偏振光束的研究，不仅对于理解光束聚焦的基本物理过程具有重要的学术价值，而且对于开发高分辨率光学仪器和设备具有重要的应用前景。通过深入分析和优化光束参数，可以进一步改善光学聚焦系统的性能，从而在生物医学成像、微纳加工技术等领域推动技术进步。