由于激光切割機軸對稱偏振光束具有這些獨特的優(yōu)勢，因此，研究它的矢量結構特性具有十分重要的價值。根據(jù)矢量角譜表示法，將受硬邊光闌衍射的軸對稱偏振拉蓋爾-高斯光束的電磁場分解為TE項和TM項兩個部分，并且使用穩(wěn)相法推導出軸對稱偏振拉蓋爾-高斯光束經(jīng)圓孔光闌衍射的TE項和TM項在遠場的電磁場解析表達式。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稱偏振光束的矢量結構和偏振特性。束腰寬度與波長的比值、光束階數(shù)、截斷參數(shù)和電場矢量與徑向之間的夾角這四個參數(shù)共同決定了軸對稱偏振光束通過圓孔光闌衍射后在遠場的TE項能流分布、TM項能流分布、總能流分布。
光束的矢量特性在光學檢測、顯微鏡技術、光存儲、光通訊以及激光加工等領域的作用已經(jīng)進行了廣泛地研究。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，軸對稱偏振光束是其中一種特殊的非均勻偏振結構，徑向偏振與角向偏振是軸對稱偏振的兩個典型偏振態(tài)。徑向偏振光束具有軸對稱的電場矢量結構和中空的環(huán)狀強度分布，它經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡聚焦后能夠產(chǎn)生強度更大的電場縱向分量，在相同條件下，徑向偏振光束聚焦光斑可以達到0.16λ2，而對于線偏振光束，聚焦光斑僅為0.16λ2。強度更大、光斑更小的電場縱向分量使徑向偏振光束在電子加速、光學捕獲、光學顯微鏡和激光加工等領域發(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引起的雙折射和雙焦點的影響。在相同的條件下進行激光切割，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。實驗表明，在相同條件下對低碳鋼進行激光打孔，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。
激光切割機軸對稱偏振光束的矢量結構特性
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