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空变偏振矢量光束具有独特、新颖的偏振特性,受到人们的广泛关注,在光学超分辨显微、光学微操控以及光学精细加工领等领域有望获得重要应用。本课题基于矢量光场的衍射积分理论,通过对光瞳滤波器的优化设计,在宽波带范围内对空变偏振矢量光束的调控与聚焦进行了系统的研究。 首先,基于复合波片消色差设计方法,以600nm为中心波长,提出了一种适用于宽波带矢量光场的全晶体型光瞳滤波器。该滤波器由三片具有同心分区环带的复合延迟波片构成,每分区波片具有各自的方位角及环带参数,且相邻环带光轴垂直。在轴对称偏振矢量光场入射下,通过调节光瞳滤波器的方位角,经聚焦后,在550nm至650nm波长范围内,均可获得轴向焦深的扩展、横向压缩的光针场以及衍射受限的三维光管场。研究结果表明,该光瞳滤波器在100nm波段内实现了宽波带矢量光场的调控,这种光瞳滤波器的设计对发展矢量光场的聚焦理论和拓展矢量光在宽波带光场应用方面有重要意义。 其次,基于离散复振幅光瞳滤波器滤波理论,提出了一个适用于较宽波带(30nm)的六环带区离散复振幅滤波器。利用该滤波器,通过对入射光场的偏振态、振幅滤波和相位滤波三者进行同步优化,经大数值孔径透镜聚焦后,获得了焦深接近10λ的三维平顶光场;通过调控双λ/2波片夹角来改变聚焦光场的矢量化结构,使之在光针场、平顶光场、光管场及中间结构光场之间交替变化。研究结果揭示了入射光场矢量化结构演化与聚焦光场矢量化结构变换之间的关系,解决了调控超长焦深聚焦光场的问题。两种基本的聚焦光场光针场、光管场的独自使用或三维平顶光场的调和使用,将会在光学显微、光学微纳操控以及光学精细加工领域获得重要应用。