矢量光束因在光束横截面上具有空间偏振分布不均一的特性而在高分辨成像、激光加工等领域有应用潜力。历史上对于矢量光场的研究可追溯到上世纪60年代初，美国科学家E. Snitzer提出了矢量光场的概念，随后Dieter Pohl在实验上验证了矢量光场的存在，也就开辟了研究人员对矢量光场的研究。近年来，研究人员利用多种方法产生了径向、角向及螺旋偏振分布的矢量光场。矢量光场的产生方法可分为以下两大类，其一是利用腔内轴透镜、双折射增益介质以及几何相位控制方法等直接在激光腔内对光束进行调制使激光输出的光束为矢量光束；另一种广泛使用的方法是通过q片、空间光调制器、微透镜阵列、光纤等在激光腔外对光束进行调制来产生矢量光场。

在此，我们利用KDP晶体的非线性频率转换实现了矢量光束在紫外波段的产生，从理论和实验上对产生的紫外矢量光束的矢量特性进行验证。如图一所示，其中第一、三、五行表示拓扑荷数为1，2，3的紫外矢量光场经过相对于水平方向偏转角度为0°, 30°, 60°, 90°, 120°的格兰泰勒棱镜后的理论结果。对应的实验结果如图二、四、六行所示。此外，我们对产生的拓扑荷数为1的紫外矢量光场的横纵向组分的权重及其非线性频率转换效率进行了验证。与传统的利用气体高次谐波产生紫外矢量光束的方法相比，该方法产生的矢量光束更加稳定，实验装置也更为紧凑，这就为利用固体非线性晶体产生极紫外矢量光束提供了有效参考，进一步推进了基于紫外矢量光束的光刻及激光加工等技术的应用。

图一 第一、三、五行表示不同拓扑荷数紫外矢量光场经过格兰泰勒棱镜后的光强分布图的理论结果，对应的实验结果为第二、四、六行。

该成果发表在“Hui Li, Haigang Liu, Yangfeifei Yang, Ruifeng Lu and Xianfeng Chen. Ultraviolet waveband vector beams generation assisted by the nonlinear frequency conversion. Applied Physics Letters 119, 011104 (2021)”.

论文链接：https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0053781