致 谢 29

参 考 文 献 30

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1 引言

1。1 激光的发展及应用

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1900 年德国物理学家普朗克提出了量子论，认为电磁波的发射和吸收不具有连续性， 并且将其分成几份，每份电磁波的能量与其频率成正比，提出普朗克常量作为其比例系数。 1905 年美国物理学家爱因斯坦提出光子说，一方面证明了空间中的光也不具备连续性，并 且也将其分成了几分，每一份称作一个光子，每一份光子所具有的能量也与其频率相关，且 成正比；另一方面爱因斯坦利用光字说进一步对光电效应做出了解释，证明了金属中的电获 得获得高于溢出功的能量时，入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量越大。随 着科学的发展，光字说先后被康普顿效应、光压实验等证实，光子被人们接受，随后人们逐 渐意识到光波具有波粒二象性。

1916 年爱因斯坦提出激光原理的概念，并于 1917 年预言了原子受激辐射辐射发光的可 能性，即存在激光的可能性。激光原理的提出为后续激光器的研制与更新提供了理论依据。 激光产生后，人们对于激光光束的传输变化规律进行了深入的研究，为实现光束控制进行了 大量实验。研究方向主要集中于光束在不同介质光学系统、光学谐振腔以及大气湍流中的传 播特性。

激光由于具有较好的准直性，以及其较高的亮度和较强的穿透性，在光学中的应用十分 广泛。1960 年，T。H。梅曼发明了世界上第一固体激光器——红宝石激光器[1]，同年前苏联科 学家尼古拉。巴索夫发明了半导体激光器[2]。在随后的 60 至 90 年代中，伊朗科学家佳万博 士与其同事们在美国贝尔实验室研发出了气体激光器氦-氖激光器[3]。至此，激光在光学研究 领域开启了一扇崭新的大门。近年来，大量学者以气体、固体激光器以及半导体激光器为基 础，在以往的激光研发领域屡屡创新，开发出结构更加简单、价格更佳低廉的染料激光器和 以自由电子为工作物质的自由电子激光器[4,5]。自由电子激光器的出现，大大改善了传统激 光器固定频率和光束质量差的弱点,其大功率、高效率的优势将决定激光器在未来发展的主 攻方向。

由于激光自身具有的优势，如亮度高、颜色纯、能量大、准度好、具有定向性，很快在 医学、军事、工业等方面得到较快的发展。现代激光的应用已经普及各个领域、各个行业， 如激光切割、激光焊接、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、激光美容、激光扫描 等[6]。

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掌握激光的变化规律对于实现光束的控制有重大意义。目前，激光技术在激光能量、功 率、波长等方面均有所突破，未来激光的发展方向有望向着更高能量、更强功率、更短脉冲 以及粒子操控等方面发展，并取得成就。

1。2 矢量偏振光束

1。2。1 偏振光

偏振是光束基本属性之一。根据光的偏振特性，可以将偏振光分为两类：均与偏振光和 非均匀偏振光。如线偏光、圆偏光、椭圆偏振光等偏振态不随空间位置改变而发生改变的一 类光，称为均匀偏振光，其振动方向如图 1。1 所示。反之偏振态会随空间位置发生变化的光 束，称为非均匀偏振光。过去的研究通常涉及到空间上的均匀偏振光，但是近来研究发现， 一种特殊的非均匀偏振光——矢量偏振光，对于增强光学系统的性能以及扩展光的应用有着 重要的意义。