图 1。1 均匀偏振光示意图，其中(a)描述线偏振光，(b)为圆偏振光，(c)为椭圆偏振光

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矢量偏振光在空间的分布是非均匀的，其光场分布和偏振态分布关于光轴对称，是麦克 斯韦方程组在柱坐标系中的特征解，其原点处强度存奇点的原因是原点处偏振方向具有不确 定性，以此导致原点处的偏振度的不确定。论文网

轴对称偏振光包括径向偏振光(radially polarized beam)、角向偏振光(azimuthally polarized beam) 和 广 义 轴 对 称 偏 振 光 。 其 中 径 向 偏 振 光 (radially polarized beam) 和 角 向 偏 振 光 (azimuthally polarized beam)是两类特殊的矢量偏振光，径偏光在其横截面上的偏振态分布沿 其径向分布，而角偏光的偏振态沿其方向角方向分布。

图 1。2 坐标与柱坐标关系图 图 1。3 径向偏振光示意图

柱坐标系中的坐标设定如图 1。2 所示，径向偏振光的偏振方向沿其径向方向，如图 1。3， 其数学表达式为：

式中 E0 (r) 为光场的振幅分布，根据麦克斯韦方程组的解可知其具有贝塞尔-高斯函数形 式。

图 1。4 角向偏振光 图 1。5 广义轴对称偏振光

角向偏振光的偏振方向沿其角向方向，如图 1。4，其数学表达式为：

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广义轴对称偏振光的偏振方向如图 1。5，为偏振方向与径向的夹角，同时可由径向 偏振光与角向偏振光叠加，其数学表达式为：

矢量偏振光作为一种特殊的光束，在理论以及应用方面都有着重要的研究。首先在理论 上，很多光学工作者曾提出矢量偏振光束的不同理论模型。20 世纪 90 年代，美国科学家 Jordan 和 Hall 博士提出角向偏振 Bessel-Gauss 光束来描述自由空间中的角偏振榜轴光束[7]。 随后，经过进一步求解矢量亥姆霍兹方程，Hall 博士在理论上得出矢量偏振光束的 Bessel- Gauss 解[8]。1998 年美国科学家 Tovar 提出 Laguerre-Gaussian 光束，并且经实验对腔内放置

径向或角向 Brewster 窗来产生矢量偏振光进行了验证[9]。2007 年，上海大学理学院物理学李 春芳教授在 Laguerre-Gaussian 光束的基膜解得基础上，提出了修正 Bessel-Gauss 矢量光束， 为矢量偏振光提供了两类新的解。

1。2。2  矢量偏振光的产生

早期实验利用在红宝石激光器的谐振腔内加入光栅和光瞳的方法产生矢量偏振光，该装 置示意图如图 1。6。

图 1。6 红宝石激光器装置图

20 世纪 70 年代，日本大学 Tohoku 的 Mushiake 等人[10]将圆锥电介质器件放入氦氖激光 器中，通过激光振荡的实验方法发现了径向偏振光[11]。由于径向偏振光和角向偏振光对偶， 因此产生径向偏振光的实验方法，可以经简单调整后产生角向偏振光。此后，人们受到 Mushiake 的启发，对径向偏振光束进行了大量的理论和实验研究。文献综述

产生矢量偏振光的方法可归纳为腔内法和腔外法，也可以对应称作主动方法和被动方 法。腔内法，即主动方法主要采用在激光谐振腔内安放特殊装置进行选摸，以实现矢量光束

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输出。如 1999 年，Nesterov 在二氧化碳激光器谐振腔中放入偏振选择光栅而产生了功率高 达 1。8kw 的径向偏振光[12]。2005 年，Kozawa 等人在 Nd:YAG 激光器中放置一个圆锥布儒斯

特棱镜产生了径向偏振光束[13]。2006 年，Yonezawa 等人利用双折射的 c 切向 Nd:YVO4 晶体 获得径向偏振光束[14]。腔外法，即被动方法主要利用激光器产生的均匀偏振光(如线偏振光) 借助腔外的设计元件转化为非均匀偏振光，以此得到矢量偏振光。如 Tidwell 利用干涉仪进 行模式叠加，使得空间线偏振光对径向偏振光的转化率接近 85%[15]。Nesterov 等人用一种快 轴方向空间变化的位相延迟片，将具有不同快轴方向的分块1 / 2 波片沿圆周方向排列，以得 到近似的径向偏振光，近似程度随着分块数的增加而增加[16]等。