激光切割機(jī)軸對(duì)稱偏振光束的矢量結(jié)構(gòu)特性
由于激光切割機(jī)軸對(duì)稱偏振光束具有這些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此，研究它的矢量結(jié)構(gòu)特性具有十分重要的價(jià)值。根據(jù)矢量角譜表示法，將受硬邊光闌衍射的軸對(duì)稱偏振拉蓋爾-高斯光束的電磁場(chǎng)分解為TE項(xiàng)和TM項(xiàng)兩個(gè)部分，并且使用穩(wěn)相法推導(dǎo)出軸對(duì)稱偏振拉蓋爾-高斯光束經(jīng)圓孔光闌衍射的TE項(xiàng)和TM項(xiàng)在遠(yuǎn)場(chǎng)的電磁場(chǎng)解析表達(dá)式。其中徑向偏振光束、角向偏振光束和自由空間的情況都可以作為我們理論模型的特例。分析表明，圓孔光闌的存在并沒有改變軸對(duì)稱偏振光束的矢量結(jié)構(gòu)和偏振特性。束腰寬度與波長(zhǎng)的比值、光束階數(shù)、截?cái)鄥?shù)和電場(chǎng)矢量與徑向之間的夾角這四個(gè)參數(shù)共同決定了軸對(duì)稱偏振光束通過圓孔光闌衍射后在遠(yuǎn)場(chǎng)的TE項(xiàng)能流分布、TM項(xiàng)能流分布、總能流分布。
光束的矢量特性在光學(xué)檢測(cè)、顯微鏡技術(shù)、光存儲(chǔ)、光通訊以及激光加工等領(lǐng)域的作用已經(jīng)進(jìn)行了廣泛地研究。然而這些工作大部分僅限于空間均勻的偏振光束，例如線偏振、圓偏振和橢圓偏振。2001年Gori基于瓊斯矢量提出了一類非均勻偏振光束，軸對(duì)稱偏振光束是其中一種特殊的非均勻偏振結(jié)構(gòu)，徑向偏振與角向偏振是軸對(duì)稱偏振的兩個(gè)典型偏振態(tài)。徑向偏振光束具有軸對(duì)稱的電場(chǎng)矢量結(jié)構(gòu)和中空的環(huán)狀強(qiáng)度分布，它經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡聚焦后能夠產(chǎn)生強(qiáng)度更大的電場(chǎng)縱向分量，在相同條件下，徑向偏振光束聚焦光斑可以達(dá)到0.16λ2，而對(duì)于線偏振光束，聚焦光斑僅為0.16λ2。強(qiáng)度更大、光斑更小的電場(chǎng)縱向分量使徑向偏振光束在電子加速、光學(xué)捕獲、光學(xué)顯微鏡和激光加工等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。例如，在高功率激光器中使用徑向偏振光束可以有效地消除由熱效應(yīng)引起的雙折射和雙焦點(diǎn)的影響。在相同的條件下進(jìn)行激光切割，徑向偏振光束比圓偏振光束能夠?qū)崿F(xiàn)更高的能量吸收效率，即切割速度與切割深度的乘積因子提高1.5-2倍。實(shí)驗(yàn)表明，在相同條件下對(duì)低碳鋼進(jìn)行激光打孔，與線偏振和圓偏振相比，采用角向偏振光束可以提高1.5-4倍的加工效率。
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