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径向偏振光与传统的线偏振和圆偏振不同,其特殊的偏振对称性以及会聚后产生的强聚焦特性使得人们对径向偏振光的研究越来越多,并将其广泛应用于粒子加速、荧光成像、拉曼光谱、以及粒子操控中。随着人们对光操控效率和效果的不断提高,进一步增强径向偏振光的会聚特性,从而达到尺度更小强度更高的会聚焦斑是一个亟待解决的问题。基于此,本文旨在通过调整入射光的振幅分布以及利用金属微结构对光场所激发的表面等离激元会聚效应,实现更小的聚焦光斑尺寸和更强的光强分布,从而为更优异光操控提供理论基础。 研究了空间光调制器对入射光束的相位变换,再经两个四分之一波片对入射光束偏振状态的调制,实验制备了径向偏振光束。并利用Richards-Wolf矢量衍射光场理论详细研究了其聚焦光场的特性。研究了不同尺寸的微粒在光场中所受光力的计算方法,包括分析小尺寸微粒所受光力的瑞利近似模型,中等尺寸的微粒所受光力的麦克斯韦电磁应力张量分析方法,以及对于大尺寸物体所受光力的射线光学模型。 利用径向偏振光束紧聚焦的严格矢量理论模型,研究了波长为600nm的径向偏振光形成的光阱。研究发现该势阱能够捕获不同尺寸的电介质微粒,但对于金属纳米颗粒则无法实现稳定的三维捕获。为此,我们提出一种双环形径向偏振的入射光场,研究了其聚焦光场随光束参数的变化,并计算了金纳米颗粒在该光场中所受光力及势阱。结果表明当光束的截断参数约为2时,所形成的亮光场能够捕获半径为50nm的金纳米微粒。当截断参数为1.3时,得到了中心为暗场的聚焦光场,可用于三维稳定捕获低折射率的空气泡。 采用轴对称的金属-电介质-金属纳米结构,将其作为纳米透镜聚焦径向偏振光所激发的表面等离子体波。通过与传统线偏振入射光结果的比较,发现径向偏振光能够得到光斑尺度更小、光强梯度更大的焦斑,从而能够对金属纳米颗粒进行更加有效的捕获。研究了激发金属光栅位置的变化对聚焦场的影响,模拟计算不同大小的微粒所受光力,结果表明所得光场能够捕获半径更大的金微粒,显著增强了捕获能力。