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在之前的一篇帖子中，介紹了用comsol仿真線偏振平面光，圓偏振平面光，橢圓偏振平面光。這些都是本科階段接觸到的光源，它們有一個特點，就是它們的波前是平面的。到了研究生階段，就會接觸到一些特殊的光源，比如渦旋光和矢量光。

與線偏振光和圓偏振光對比，軸對稱矢量光束，徑向偏振光（圖3第三行）、角向偏振光（圖3第四行）的聚焦場都為中心對稱分布，但各偏振分量分布比較特殊。徑向偏振光的聚焦光斑仍為圓形，橫向分量為環(huán)形分布，軸向分量遠大于橫向分量，占主導(dǎo)地位，如圖6所示。

在這種情況下，位移場用外加電場的函數(shù)表示，如下所示: 其中，E 是施加的電場矢量，P 是極化矢量， 是真空介電常數(shù)， 是各向同性磁化率。

它對輸入矢量進行 2×2 酉矩陣乘法。矩陣 可以通過使用電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)通過施加電壓在馬赫–曾德爾調(diào)制器中引起相移來進行編程。在右圖中，馬赫–曾德爾調(diào)制器中的第一個移相器是連續(xù)調(diào)諧的，這會在輸出中引起矢量旋轉(zhuǎn)。原則上，這個系統(tǒng)可以使用自由空間光學技術(shù)來實現(xiàn)，如上圖所示的經(jīng)典馬赫-曾德爾調(diào)制器。然而，自由空間光學技術(shù)的可擴展性相當差。分束器和反射鏡都很笨重，而且不方便攜帶。

在之前第15篇推送中，介紹了徑向偏振光和角向偏振光經(jīng)過透鏡聚焦后的光場，當時是正好有文獻推導(dǎo)公式，但是倘若沒有現(xiàn)成的文獻推導(dǎo)呢？那就得自己慢慢在草稿紙上推導(dǎo)。實驗中最常用的光源是線偏振高斯光，所以后來我慢慢推導(dǎo)了線偏振高斯光經(jīng)過透鏡聚焦后的光場，并用comsol仿真出來。這個聚焦光場的仿真其實難度還挺大的，并不easy。

這一特征還具有更高級的用法，利用它可以創(chuàng)建徑向極化的（在柱坐標中）壓電圓盤或者徑向極化的（在球坐標中）中空壓電殼。圓盤表示 PZT-5H 徑向極化方向，其中藍色箭頭表示 3rd 主方向（極化方向）。默認坐標系顯示在左下角，用來建立柱坐標系的基矢顯示在右側(cè)。COMSOL 仿真軟件還提供了其他用于建立用戶定義坐標系的選項。

如何將光聚焦到一個越來越小的光斑上，是光學領(lǐng)域中一直存在的問題，特別是最近，已發(fā)展出各種旨在深聚焦光的方法。研究高數(shù)值孔徑條件下的光聚焦通常需要全矢量電磁仿真技術(shù)。我們使用VirtualLab Fusion軟件演示了不同偏振態(tài)(如徑向)和孔徑形狀(如環(huán)形)對聚焦區(qū)域電磁場的影響，這種分析既可以用理想透鏡，也可以用具有明確結(jié)構(gòu)和材料信息的真實透鏡進行。

這意味著表面等離激元波長總是小于自由空間光的波長。這就是為什么表面等離激元可以用作壓縮光波長以實現(xiàn)光場更集中的方法。此外，自由空間光波矢量和表面等離激元波矢量之間的不匹配意味著我們不能僅僅通過將光照射到金屬表面來激發(fā)表面等離激元，還需要一些外部機制來進行波矢量匹配。表面等離激元的激發(fā)通常是通過使用棱鏡的全內(nèi)反射，光柵的衍射，散射體的散射或穿過電子束來完成的。

坡印廷矢量，顯示能量流的方向，在整個模式分布中始終平行于光纖軸。如果存在傳播損耗，例如由于光纖纖芯中的摻雜劑，模式會有所改變。波前現(xiàn)在可能會彎曲，表明徑向方向的能量流。（例如，如果我們只在纖芯吸收，能量必須從包層流向纖芯。但在大多數(shù)情況下，波前只有邊緣變形。）然后光功率沿傳播方向呈指數(shù)下降；傳播常數(shù)得到一個實部，減去幅度吸收系數(shù)。通常，導(dǎo)模的數(shù)量隨著波長變短而增加。

色散是光在光纖中傳播的相速度和群速度取決于光頻率的現(xiàn)象。

如何將光聚焦到一個越來越小的光斑上，是光學領(lǐng)域中一直存在的問題，特別是最近，已發(fā)展出各種旨在深聚焦光的方法。研究高數(shù)值孔徑條件下的光聚焦通常需要全矢量電磁仿真技術(shù)。我們使用VirtualLab Fusion軟件演示了不同偏振態(tài)(如徑向)和孔徑形狀(如環(huán)形)對聚焦區(qū)域電磁場的影響，這種分析既可以用理想透鏡，也可以用具有明確結(jié)構(gòu)和材料信息的真實透鏡進行。

用消球差透鏡對各種偏振光束進行深聚焦 如何將光聚焦到一個越來越小的光斑上，是光學領(lǐng)域中一直存在的問題，特別是最近，已發(fā)展出各種旨在深聚焦光的方法。研究高數(shù)值孔徑條件下的光聚焦通常需要全矢量電磁仿真技術(shù)。

光學測量>顯微鏡 亮點 ?在顯微鏡系統(tǒng)中，完整的矢量分析光柵?數(shù)秒內(nèi)快速的高性能分析復(fù)雜系統(tǒng)?簡單地在光線追跡和物理光學模擬之間切換?研究偏振效應(yīng) 說明：光源角向偏振光 徑向偏振光 說明：透鏡系統(tǒng) 說明：樣品結(jié)構(gòu)

在實際實驗中，金納米顆粒內(nèi)部有非常多的可自由移動的電子，當外來的光場激發(fā)金納米顆粒后，自由電子會上下來回振蕩，如下圖 紅色箭頭表示入射平面光的電場矢量E的指向，金納米球表面的紅色表示正電荷，藍色表示負電荷，可以看到負電荷傾向于往E所指向的方向的反方向跑，這一點與電磁學所學相符。

圖3 倒易晶格矢量的計算計算時我們首先能帶計算，需要用到的comsol物理場是電磁波頻域，由于晶體具有重復(fù)的機構(gòu)，因此可以使用周期性邊界條件，這樣一來只需要一個原胞，帶隙分析設(shè)計的難點在于能帶圖中必須對波矢進行掃描，并且，因為此結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對稱性的缺乏，我們必須計算整個第一布里淵區(qū)的能帶結(jié)構(gòu)，以獲得通帶和帶隙信息。

摘要 了解高NA物鏡的焦點附近的矢量電場分布對顯微鏡、光鑷、激光加工等應(yīng)用是非常重要的。高NA物鏡通常被認為是消球差透鏡。 通過VirtualLab Fusion中消球差透鏡，我們展示了如線性、圓形和徑向偏振光束等各種偏振光束的聚焦。 我們研究了關(guān)于不同形狀的孔徑的聚焦場，例如圓形和環(huán)形孔徑。

第三，我們可以為完美匹配層定義典型波長，或使用直接來自邊界模式分析的傳播常數(shù)在電磁波、波束包絡(luò) 物理場接口的波矢量 設(shè)置中指定相位。注意：對于微帶線或共面線等射頻設(shè)備，為了接收 TEM 或準 TEM 模式，數(shù)值端口有一些特殊設(shè)置。圖8. 帶有散射體的光波導(dǎo)頻域分析。這個模型中使用了 4 個數(shù)值端口。您可以看到用于終止基本模式的第二個數(shù)值端口的 邊界模式分析的設(shè)置窗口。

若入射為線偏振光，焦斑往往表現(xiàn)出一定方向性；若改為徑向偏振光，則可能獲得更強的縱向電場與更緊湊的聚焦效果。在案例分析中，還應(yīng)關(guān)注參數(shù)變化對焦斑的影響。第一，數(shù)值孔徑越大，理論上橫向分辨率越高，但系統(tǒng)對像差和裝調(diào)誤差也更敏感。第二，入射光束的填充程度會改變物鏡有效利用率，欠填充會削弱高角度光線貢獻，導(dǎo)致焦斑變大；過度填充則可能增加邊緣衍射效應(yīng)。

摘要 了解高NA物鏡的焦點附近的矢量電場分布對顯微鏡、光鑷、激光加工等應(yīng)用是非常重要的。高NA物鏡通常被認為是消球差透鏡。 通過VirtualLab Fusion中消球差透鏡，我們展示了如線性、圓形和徑向偏振光束等各種偏振光束的聚焦。 我們研究了關(guān)于不同形狀的孔徑的聚焦場，例如圓形和環(huán)形孔徑。