Острая фокусировка света радиальной поляризации с помощью микролинз
Котляр В.В., Ковалев А.А., Стафеев С.С.

Институт систем обработки изображений РАН,
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева

Аннотация:
На основе разработанного радиального FDTD - метода численно показано, что сверхразрешения можно достичь при фокусировке лазерного излучения с радиальной поляризацией цилиндрической градиентной микролинзой Микаэляна и коническим микроаксиконом. Площади фокальных пятен в этих случаях по полуспаду интенсивности равны соответственно 0,152λ2 и 0,096λ2. Эти площади меньше, чем полученные экспериментально на сегодняшний день с помощью микрообъектива – 0,160λ2, параболического зеркала – 0,134λ2 и минимальная площадь, предсказанная теоретически – 0,101λ2, и тем более меньше дифракционного предела (площади диска Эйри) – 0,204λ2.

Ключевые слова :
радиальный FDTD-метод, острая фокусировка света, радиально поляризованный свет, конический микроаксикон, линза Микаэляна, минимальная площадь фокального пятна.

Литература:

  1. Dorn, R. Sharper focus for a radially polarized light beam / R. Dorn, S. Quabis, G. Leuchs // Phys. Rev. Lett. 2003.– Vol. 91. – P.233901.
  2. Davidson, N. High-numerical-aperture focusing of radially polarized doughnut beams with a parabolic mirror and a flat diffractive lens / N. Davidson, N. Bokor // Opt. Lett. 2004.– Vol. 29(12). – P.1318-1320.
  3. Borghi, R. Nonparaxial propagation of spirally polarized optical beams / R. Borghi, M. Santarsiero // J. Opt. Soc. Am. A 2004.– Vol. 21(10). – P.2029-2037.
  4. Passilly, N. Simple interferometric technique for generation of a radially polarized light beam / N. Passilly, R.S. Denis, K. Ait-Ameur // J. Opt. Soc. Am. A 2005.– Vol. 22(5). – P.984-991.
  5. Jabbour, T.G. Vector diffraction analysis of high numerical aperture focused beams modified by two- and three-zone annular multi-phase plates / T.G. Jabbour, S.M. Kuebler // Opt. Express 2006.– Vol. 14(3). – P.1033-1043.
  6. Kozawa, Y. Focusing property of a double-ring-shaped radially polarized beam / Y. Kozawa, S. Sato // Opt. Lett. 2006.– Vol. 31(6). – P.820-822.
  7. Zhan, Q. Properties of circularly polarized vortex beams / Q. Zhan // Opt. Lett. 2006.– Vol. 31(7). – P.867-869.
  8. Deng, D. Nonparaxial propagation of radially polarized light beams / D. Deng // J. Opt. Soc. Am. B 2006. – Vol. 23(6). – P.1228-1234.
  9. Salamin, Y.I. Fields of a radially polarized Gaussian laser beam beyond the paraxial approximation / Y.I. Salamin // Opt. Lett. 2006.– Vol. 31(17). – P.2619-2621.
  10. Deng, D. Propagation of radially polarized elegant light beams / D. Deng [and other] // J. Opt. Soc. Am. B 2007.– Vol. 24(3). – P.636-643.
  11. Grosjean, T. Smallest lithographic marks generated by optical focusing systems / T. Grosjean, D. Courjon, C. Banier // Opt. Lett. 2007.– Vol. 32(8). – P.976-978.
  12. Kozawa, Y. Sharper focal spot formed by higher-order radially polarized laser beams / Y. Kozawa, S. Sato // J. Opt. Soc. Am. A 2007.– Vol. 24(6). – P.1793-1798.
  13. Lerman, G.M. Tight focusing of spatial variant vector optical fields with elliptical symmetry of linear polarization / G.M. Lerman, U. Levy // Opt. Lett. 2007.– Vol. 32(15). – P.2194-2196.
  14. Yan, S. Description of a radially polarized Laguerre-Gauss beam beyond the paraxial approximation / S. Yan, B. Yao // Opt. Lett. 2007.– Vol. 32(22). – P.3367-3369.
  15. Yew, E.Y.S. Tight focusing radially polarized Gaussian and Bessel-Gauss beams / E.Y.S. Yew. C.J.R. Sheppard // Opt. Lett. 2007.– Vol. 32(23). – P.3417-3419.
  16. Kalosha, V.P. Toward the subdiffraction focusing limit of optical superresolution / V.P. Kalosha, I. Golub // Opt. Lett. 2007.– Vol. 32(24). – P.3540-3542.
  17. Stadler, J. Tighter focusing with a parabolic mirror / J. Stadler [and other] // Opt. Lett. 2008.– Vol. 33(7). – P.681-683.
  18. Witkowska, A. All-fiber LP11 mode convertors / A. Witkowska [and other] // Opt. Lett. 2008.– Vol. 33(4). – P.306-308.
  19. Nieminen, T.A. Forces in optical tweezers with radially and azimuthally polarized trapping beams / T.A. Nieminen, N.R. Heckenberg, H. Rubinsztein-Dunlop // Opt. Lett. 2008.– Vol. 33(2). – P.122-124.
  20. Yonezawa, K. Focusing of radially and azimuthally polarized beams through a uniaxial crystal / K. Yonezawa, Y. Kozawa, S. Sato // J. Opt. Soc. Am. A 2008.– Vol. 25(2). – P.468-472.
  21. Ohtaka, Y. Sidelobe reduction of tightly focused radially higher-order Laguerre-Gaussian beams using annular masks / Y. Ohtaka [and other] // Opt. Lett., v.33, no.6, P.617-619 (2008).
  22. Sheppard, C.J.R. Localization measures for high-aperture wave fields based on pupil moments / C.J.R. Sheppard, M.A. Alonso, N.J. Moore // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2008.– Vol. 10. – P.033001.
  23. Triandaphilov, Y.R. Photonic crystal Mikaelian lens / Y.R. Triandaphilov, V.V. Kotlyar // Opt. Mem. Neur. Net. (Inform. Opt.) 2008.– Vol. 17(1). – P.1-7.
  24. Minin, I.V. Investigation of the resolution of phase correcting Fresnel lenses with small values of F/D and subwavelength focus / I.V. Minin, O.V. Minin // Компьютерная оптика 2006.– Т. 30. – С.65-68.
  25. Richards, B. Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic systems / B. Richards, E. Wolf // Proc. R. Soc. London, Ser. A253 1959.– P.358-379.
  26. Прудников, А.П. Интегралы и ряды. Специальные функции / А.П. Прудников, Ю.А. Брычков, О.И. Ма­ри­чев – М.:Наука, 1983.
  27. Prather, D.W. Formulation and application of the finite-difference time-domain method for the analysis of axially symmetric diffractive optical elements / D.W. Prather, S. Shi // J. Opt. Soc. Am. A 1999.– Vol. 16(5). – P.1131-1141.
  28. Yee, K.S. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media / K.S. Yee // IEEE Trans. Antenna and Prop., AP-14 1966.– P.302-307.
  29. Taflove, A. Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Methods / A. Taflove – Artech House, Norwood, MA, 1995.
  30. Микаэлян, А.Л. Использование свойств среды для фокусировки волн / А.Л. Микаэлян // Доклады АН СССР 1951.– Т. 81. – c.569-571.
© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846 2) 332-56-22, факс: +7 (846 2) 332-56-20