Моделирование острой  фокусировки радиально-поляризованной лазерной моды с помощью конического и бинарного микроаксиконов
Котляр В.В., Стафеев С.С.

Институт систем обработки изображений РАН,
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва
(национальный исследовательский университет) (СГАУ)

Аннотация:
С помощью моделирования на основе радиального разностного метода решения уравнений Максвела, ранее адаптированого авторами для радиальной поляризации, показано, что при освещении стеклянного конического микроаксикона с радиусом основания 7 мкм и высотой 6 мкм кольцевой лазерной R-TEM01 модой с радиальной поляризацией и длиной волны λ =1 мкм в непосредственной близости от вершины конуса на расстоянии 20 нм формируется острый фокус, поперечный диаметр которого по полуспаду интенсивности равен 0,30λ, а продольный (осевой) размер фокуса по полуспаду интенсивности равен 0,12λ . При этом площадь фокусного пятна по полуспаду интенсивности равна 0,071λ2 . Для сравнения отметим, что полученное фокусное пятно имеет диаметр в 1,7 раз меньший, чем диаметр минимального дифракционного пятна Эйри (0,51λ), а площадь в 2,87 раз меньше, чем площадь пятна Эйри (0,204λ2).

Ключевые слова:
радиальный FDTD метод, острая фокусировка света, радиально поляризованная мода R-TEM01, минимальная площадь фокального пятна, конический микроаксикон, бинарный аксикон.

Литература:

  1. Veselago, V.G. Superlens as matching device / V.G. Veselago // http://arxiv.org/abs/cond-mat/0501438v1 (19 Jan 2005).
  2. Novotny, L. Principles of nano-Optics / L. Novotny, B. Hecht – Cambridge Univ. Press., 2006.
  3. Pendry, J.B. Negative refraction makes a perfect lens / J.B. Pendry // Phys. Rev. Lett. 2000. – Vol.85. – P.3966-3969
  4. Blaikie, R.G. Imaging through planar silver lenses in the optical near field / R.G. Blaikie, D.O.S. Melville // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2005 – Vol.7. – P.176-183.
  5. Melville, D.O.S. Super-resolution imagimg through a planar silver layer / D.O.S. Melville, R.J. Blaikie // Opt. Express. -2005. – Vol.13, -№6. – P.2127-2134.
  6. Fang, N. Sub-diffraction limited optical imaging with a silver superlens/ N. Fang [and other] // Science, -2005. – Vol.308. – P.534-537.
  7. Podolskiy, V.A. Near-sighted superlens/ V.A. Podolskiy, E.E. Narimanov // Opt. Lett. -2005. – Vol.30, -№1. – P.75-77.
  8. Merlin, R. Analytical solution of the almost-perfect-lens problem/ R. Merlin // Appl. Phys. Lett. -2004 – Vol.84. – P.1290-1292.
  9. Pendry, J.B. Perfect cylindrical lenses/ J.B. Pendry // Opt. Express. -2003. – Vol.11, -№7. – P.755-760.
  10. Podolskiy, V.A. Plasmon modes and negative refraction in metal nanowire composites/ V.A. Podolskiy, A.K. Sarychev, V.M. Shalaev // Opt. Express. -2003. – Vol.11, -№7. – P.735-745.
  11. Shalaev, V.M. Negative index of refraction in optical metamaterials / V.M. Shalaev [and other]// Opt. Lett. -2005. – Vol.30, -№24. – P.3356-3358.
  12. Berrier, A. Negative refraction at infrared wavelength in a two-dimensional photonic crystal / A.Berrier [and other] // Phys. Rev. Lett. -2004. – Vol.93. – P.073902.
  13. Govyadinov, A.A. Meta-material photonic funnels for sub-diffraction light compression and propagation / A.A. Govyadinov, V.A. Podolskiy // Phys. Rev. B 2003. – Vol.73, №15. – p.155108.
  14. Wangberg, R. Non-magnetic nano-composites for optical and infrared negative refraction index media / R. Wangberg [and other]// J. Opt. Soc. Am. B. - 2006. – Vol.23, -№3. – P.498-505.
  15. Zabin, J. Optical hyperlens: far-field imaging beyond the diffraction limit / J. Zabin, L.A. Alekseyev, E.E. Narimanov // Opt. Express. -2006. – Vol.14, -№18. – P.8247-8256.
  16. Lin, Z. Far-field optical hyperlens magnifying sub-diffraction-limited / Z. Lin [and other] // Science. -2007. – Vol.315. – P.1686-1688.
  17. Merlin, R. Radiationless electromagnetic interference: evanescent-field lenses and perfect focusing / R. Merlin // Science. -2007. – Vol.317. – P.927-929.
  18. Lin, H. Subwavelength imaging opportunities with planar uniaxial anisotropic lenses / H. Lin, Shivanand, K.J. Webb // Opt. Lett. -2008. – Vol.33, -№21. -P.2568-2570.
  19. Husakou, A. Superfocusing of light below the diffraction limit by photonic crystal with negative refraction / A. Husakou, J. Herrmann // Opt. Express. -2004. – Vol.12. – P.6491-6497.
  20. Wang, X. Unrestricted superlensing in a triangular twodimensional photonic crystal / X. Wang, Z.F. Ren, K. Kempa // Opt. Express. -2004. – Vol.12, -№13. – P.2919-2924.
  21. Yang, S. Focusing concave lens using photonic crystals with magnetic materials / S. Yang, C. Hong, H. Yang // J. Opt. Soc. Am. A. -2006. – Vol.23, -№4. – P.956-959.
  22. Matsumoto, T. Focusing of light by negative refraction in a photonic crystal slab superlens on silicon-on-insulator substrate / T. Matsumoto, K. Eom, T. Baba // Opt. Lett. -2006. – Vol.31, -№18. – P.2786-2788.
  23. Chien, H. Focusing of electromagnetic waves by periodic arrays of air holes with gradually varying radii / H. Chien, C. Chen // Opt. Express. -2006. – Vol.14, -№22. – P.10759-10764.
  24. Wu, Q. Graded negative index lens by photonic crystal / Q. Wu, J.M. Gibbons, W. Park // Opt. Express. -2008. – Vol.16, -№21. – P.16941-16949.
  25. Kozawa, Y. Generation of a radially polarized laser beam by use of a conical Brewster prizm / Y. Kozawa, S. Sato // Opt. Lett. -2005. – Vol.30, -№22. – P.3063-3065.
  26. Li, J. Generation of radially polarized mode in Yb fiber laser by using a dual conical prizm / J. Li [and other]// Opt. Lett. -2006. – Vol.31, -№20. – P.2969-2971.
  27. Li, J. Convergering-axicon-based radially polarized ytterbium fiber laser and evidence on the mode profile inside the gain filter / J. Li [and other] // Opt. Lett. -2007. – Vol.32, -№11. – P.1360-1362.
  28. Yonezawa, K. Generation of a radially polarized laser beam by use of the birefringence of a c-cut Nd:YVO4 crystal / K. Yonezawa, Y.Kozawa, S. Sato // Opt. Lett. -2006. – Vol.31, -№14. – P.2151-2153.
  29. Mehta, A. Spatially polarizing autocloned elements / A. Mehta [and other] // Opt. Lett. -2007. – Vol.32, -№13. – P.1935-1937.
  30. Levy, V. Engineering space-variant inhomogeneous media for polarization control / V. Levy [and other]// Opt. Lett. -2004. – Vol.29, -№15. – P.1718-1720.
  31. Lerman, G.M. Generation of a radially polarized light beam using space-variant subwavelength gratings at 1064 nm / G.M. Lerman, V. Lory // Opt. Lett. -2008. – Vol.33, -№23. – P.2782-2784.
  32. Котляр, В.В. Острая фокусировка света радиальной поляризации с помощью микролинз / В.В. Котляр, А.А. Ковалев, С.С. Стафеев // Компьютерная оптика. -2008. – Т.32, -№ 2. – С.155-167.
  33. Kotlyar, V.V. Sharp focus area of radially-polarized Gaussian beam by propagation through an axicon / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, S.S. Stafeev // Prog. In Electr. Res. C. -2008. – Vol.5. – P.35-43.
  34. Борн, М. Основы оптики. / М.Борн, Э.Вольф. – М.: Наука, -1973.

© 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