(44-5) 03 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Инверсия продольной составляющей спинового углового момента в фокусе оптического вихря с круговой поляризацией
А.Г. Налимов 1,2, Е.С. Козлова 1,2

1 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151,

2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34,

 PDF, 1048 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-761

Страницы: 699-706.

Аннотация:
Теоретически и численно показано, что при острой фокусировке оптического вихря с круговой поляризацией происходит инверсия продольной составляющей вектора спинового углового момента. При этом если на входе в оптическую систему свет имел левую круговую поляризацию, то в фокусе вблизи оптической оси он будет иметь правую круговую поляризацию. Так как данный эффект происходит вблизи фокуса, где имеет место обратный поток энергии, то такую инверсию спинового углового момента можно использовать для обнаружения обратного потока энергии.

Ключевые слова:
cпиновый угловой момент, правая круговая поляризация, оптический вихрь, обратный поток интенсивности, момент силы со стороны света.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003 в части «Спиновой угловой момент в фокусе оптического вихря с топологическим зарядом 2 и круговой поляризацией»), Российского научного фонда (грант 18-19-00595) в частях «Спиновой угловой момент в фокусе Гауссова пучка с круговой поляризацией» и «Моделирование», а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в частях «Введение» и «Заключение».

Цитирование:
Налимов, А.Г. Инверсия продольной составляющей спинового углового момента в фокусе оптического вихря с круговой поляризацией / А.Г. Налимов, Е.С. Козлова // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 5. – С. 699-706. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-761.

Citation:
Nalimov AG, Kozlova ES. Inversion of the longitudinal component of spin angular momentum in the focus of a left-handed circularly polarized beam. Computer Optics 2020; 44(5): 699-706. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-761.

Литература:
  1. Schwartz, C. Conversation of angular momentum of light in single scattering / C. Schwartz, A. Dogariu // Optics Express. – 2006. – Vol. 14. – P. 8425-8433.
  2. Nieminen, T.A. Angular momentum of a strongly focused Gaussian beam / T.A. Nieminen, A.B. Stilgoe, N.R. Heckenberg, N. Rubinsztein-Dunlop // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2008. – Vol. 10. – 115005.
  3. Haefner, D. Spin Hall effect of light in spherical geometry / D. Haefner, S. Sukhov, A. Dogariu // Physical Review Letters. – 2009. – Vol. 102. – 123903.
  4. Rodriguez-Herrera, O.S. Optical nanoprobing via spin-orbit interaction of light / O.S. Rodriguez-Herrera, D. Lara, K.Y. Bliokh, E.A. Ostrovskaya, C. Dainty // Physical Review Letters. – 2010. – Vol. 104. – 253601.
  5. Bekshaev, A. Internal flows and energy circulation in light beams / A. Bekshaev, K.Y. Bliokh, M. Soskin // Journal of Optics. – 2011. – Vol. 13. – 053001.
  6. Koltyar, V.V. Exploiting the circular polarization of light to obtain a spiral energy flow at the subwavelength focus / V.V. Koltyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev // Journal of the Optical Society of America B. – 2019. – Vol. 36, Issue 10. – P. 2850-2855. – DOI: 10.1364/JOSAB.36.002850.
  7. Richards, B. Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic system / B. Richards, E. Wolf // Proceedings of the Royal Society A. – 1959. – Vol. 253. – P. 358-379.
  8. Torok, P. Electromagnetic diffraction of light focused through a planar interface between materials of mismatched refractive indices: structure of the electromagnetic field. I. / P. Torok, P. Varga, G.R. Booker // Journal of the Optical Society of America A. – 1995. – Vol. 12. – P. 2136-2144.
  9. Bomzon, Z. Space-variant geometrical phases in focused cylindrical light beams / Z. Bomzon, M. Gu // Optics Letters. – 2007. – Vol. 32. – P. 3017-3019.
  10. Bliokh, K.Y. Spin-to-orbital angular momentum conversion in focusing, scattering, and imaging systems / K.Y. Bliokh, E.A. Ostrovskaya, M.A. Alonso, O.G. Rodriguez-Herrera, D. Lara, C. Dainty // Optics Express. – 2011. – Vol. 19. – P. 26132-26149.
  11. Roy, B. Controlled transportation of mesoscopic particles by enhanced spin-orbit interaction of light in an optical trap / B. Roy, N. Ghosh, S.D. Gupta, P.K. Panigrahi, S. Roy, A. Banerjee // Physical Review A. – 2013. – Vol. 87. – 043823.
  12. Roy, B. Manifestations of geometric phase and enhanced spin Hall shifts in an optical trap / B. Roy, N. Ghosh, A. Banerjee, S.D. Gupta, S. Roy // New Journal of Physics. – 2014. – Vol. 16. – 083037.
  13. Bekshaev, A.Y. Transverse energy flows in vectoral fields of paraxial beams with singularities / A.Y. Bekshaev, M. Soskin // Optics Communication. – 2007. – Vol. 271. – P. 332-348.
  14. Berry, M.V. Optical currents / M.V. Berry // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2009. – Vol. 11. – 094001.
  15. Bekshaev, A.Y. Subwavelength particles in an inhomogeneous light field: optical forces associated with the spin and orbital energy flows / A.Y. Bekshaev // Journal of Optics. – 2013. – Vol. 15. – 044004.
  16. Bliokh, K.Y. Angular momenta and spin-orbit interaction of nonparaxial light in free space / K.Y. Bliokh, M.A. Alonso, E.A. Ostrovskaya, A. Aiello // Physical Review A. – 2010. – Vol. 82. – 063825.
  17. Bliokh, K.Y. Extraordinary momentum and spin in evanescent waves / K.Y. Bliokh, A.Y. Bekshaev, F. Nori // Nature Communications. – 2014. – Vol. 5. – 3300.
  18. Eismann, J.S. Spin-orbital coupling affecting the evolution of transverse spin / J.S. Eismann, P. Banzer, M. Neugebauer // Physical Review Research. – 2019. – Vol. 1. – 033143.
  19. Bareil, P.B. Modeling highly focused laser beam in optical tweezers with the vector Gaussian beam in the T-matrix method / P.B. Bareil, Y Sheng // Journal of the Optical Society of America A. – 2013. – Vol. 30. – P. 1-6.
  20. Mitri, F.G. Counterpropagating nondiffracting vortex beams with linear and angular momenta / F.G. Mitri // Physical Review A. – 2013. – Vol. 88. – 035804.
  21. Mitri, F.G. Quasi-Gaussian electromagnetic beams / F.G. Mitri // Physical Review A. – 2013. – Vol. 87. – 035804.
  22. Mitri, F.G. Vector spherical quasi-Gaussian vortex beams / F.G. Mitri // Physical Review E. – 2014. – Vol. 89. – 023205.
  23. Volyar, A.V. Structure of a nonparaxial Gaussian beam near the focus. III. Stability, eigenmodes and vortices / A.V. Volyar, V.G.  Shvedov, T.A. Fadeeva // Optics and Spectroscopy. – 2001. – Vol. 91. – P. 235-245.
  24. Marston, P.L. Radiation torque on a sphere caused by a circularly-polarized electromagnetic wave / P.L. Marston, J.H. Crichton // Physical Review A. – 1984. – Vol. 30. – P. 2508-2516.
  25. Hertel, R. Theory of the inverse Faraday effect in metals / R. Hertel // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2006. – Vol. 303. – P. L1-L4.
  26. Ashkin, A. Optical levitation in high vacuum / A. Ashkin, J.M. Dziedzic // Applied Physics Letters. – 1976. – Vol. 28. – P. 333-335.
  27. Meng, P. Angular momentum properties of hybrid cylindrical vector vortex beams in tightly focused optical systems / P. Meng, Z. Man, A.P. Konijnenberg, H.P. Urbach // Optics Express. – 2019. – Vol. 27. – P. 35336-35348.
  28. Chang, S. Optical torque exerted on a homogeneous sphere levitated in the circularly polarized fundamental-mode laser beam / S. Chang, S.S. Lee // Journal of the Optical Society of America B. – 1985. – Vol. 2. – P. 1853-1860.
  29. Kotlyar, V.V. Energy density and energy flux in the focus of an optical vortex: reverse flux of light energy / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.G. Nalimov // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 12. – P. 2921-2924. – DOI: 10.1364/OL.43.002921.
  30. Kotlyar, V.V. Energy backflow in the focus of a light beam with phase or polarization singularity / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, A.G. Nalimov // Physical Review A. – 2019. – Vol. 99, Issue 3. – 033840. – DOI: 10.1103/PhysRevA.99.033840.
  31. Bliokh, K.Y. Photon trajectories, anomalous velocities and weak measurements: a classical interpretation / K.Y. Bliokh, A.Y. Bekshaev, A.G. Kofman, F. Nori // New Journal of Physics. – 2013. – Vol. 15. – 073022.
  32. Ignatovsky, V.S. Diffraction by a lens having arbitrary opening / V.S. Ignatovsky // Transactions of the Optical Institute in Petrograd. – 1919. – Vol. 1. – P. 4.
  33. Salem, M.A. Energy flow characteristics of vector X-waves / M.A. Salem, H. Bagei // Optics Express. – 2011. – Vol. 19. – P. 8526-8532.
  34. Vaveliuk, P. Negative propagation effect in nonparaxial Airy beams / P. Vaveliuk, O. Martinez-Matos // Optics Express. – 2012. – Vol. 20. – P. 26913-26921.
  35. Mitri, F.G. Reverse propagation and negative angular momentum density flux of an optical nondiffracting nonparaxial fractional Bessel ortex beam of progressive waves / F.G. Mitri // Journal of the Optical Society of America A. – 2016. – Vol. 33. – P. 1661-1667.
  36. Barnett, S.M. On the natures of the spin and orbital parts of optical angular momentum / S.M. Barnett, L. Allen, R.P. Cameron, C.R. Gilson, M.J. Padgett, F.C. Speirits, A.M. Yao // Journal of Optics. – 2016. – Vol. 18. – 064004.
  37. Saha, S. Transverse spin and transverse momentum in scattering of plane waves / S. Saha, A.K. Singh, S.K. Ray, A. Banerjee, S.D. Gupta, N. Ghosh // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41. – P. 4499-4502.
  38. Zhao, Y. Spin-to-orbital angular momentum conversion in a strongly focused optical beam / Y. Zhao, J.S. Edgar, G.D.M. Jeffries, D. McGloin, D.T. Chiu // Physical Review Letters. – 2007. – Vol. 99. – 073901.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20