环形光瞳滤波常被用于径向偏振光聚焦系统, 以实现焦斑压缩, 进而提高共焦显微的横向分辨率。但是在对不同孔径的光瞳进行分析时缺乏比较的标准, 无法进行定量的对比。本文对三种不同的光瞳孔径变化方式进行了定量对比研究, 它们分别是: 固定环角宽度, 增大环孔径; 固定环有效入射面积, 增大环孔径; 固定环形瞳外半径, 改变遮光比。结果表明, 不同模式下, 焦平面处纵、横向场分布变化方式明显不同, 只有当三者均为大孔径(大于1.1 rad)的窄光环时才基本等同。另外随着孔径的增大, 纵、横向场之比也随之增大, 说明孔径的增大可以抑制旁瓣光场。三种孔径增大方式均表明当窄环孔径角增大到1.26 rad时焦斑压缩将到达极限值0.4 λ, 与同数值孔径标量实心光束相比, 窄环对焦斑压缩了1.6倍。

为了研究涡旋相位编码的径向矢量高斯光束经过高数值孔径物镜之后的聚焦特性, 采用RICHARDS和WOLF提出的矢量积分理论和数值模拟方法, 对聚焦场的特征进行了理论分析和模拟实验验证, 取得聚焦场分布随涡旋相位物理参量之间的数据关系。结果表明, 当单个涡旋相位编码于径向矢量高斯光束时, 在聚焦场能够获得2维的径向和纵向分量;当双涡旋相位对称地编码于径向高斯矢量光束时, 聚焦场会出现两个光学暗点,此光学暗点处的折射率低于周围环境的折射率。这一结果对提高光学微操控的灵活性, 以及对双微粒的捕获与操控是有帮助的。

以飞秒激光器为光源, 搭建记录测量聚焦光斑的光学实验系统, 研究飞秒径向偏振光紧聚焦特性.数值模拟表明当物镜数值孔径为0.9, 波长为750 nm时, 线偏振光和径向偏振光焦斑的最小半高全宽分别是1.3 μm和1.0 μm.实验中, 使用全息干板作为记录介质, 记录和测量微小的聚焦光斑, 并通过精密电动平移台实现几十纳米量级步长的移动, 获得精确焦平面处的聚焦光斑.测量结果表明, 线偏振光和径向偏振光焦斑的最小半高全宽分别是4.6 μm和2.9 μm.在高数值孔径聚焦条件下, 径向偏振光可以获得比线偏振光更细锐的聚焦光斑.