Расчет комплексной функции пропускания рефракционных аксиконов

Устинов А.В., Хонина С.Н.

Аннотация:
В работе на основе геометро-оптического анализа рассмотрен ход лучей для рефракционных аксиконов в двух конфигурациях: при падении лазерного излучения на плоскую часть аксикона и на остриё. Выполненные расчёты позволяют получить комплексное распределение функции пропускания аксикона, которое далее используется в векторном интеграле Рэлея-Зоммерфельда при моделировании распространения прошедшего аксикон излучения в ближней зоне дифракции.

Abstract:
A well-known technique superachromatization, which suggests using of the corrector, which includes diffractive and two refractive lenses, developed and adapted for the plastic-lens optical systems. The effectiveness of technique demonstrated by the design of a micro-objective for video cameras operating in the range "day-night".

Ключевые слова :
рефракционный аксикон, полное внутреннее отражение, векторный интеграл Рэлея-Зоммерфельда, ближняя зона дифракции.

Key words:
In work on the basis of the geometric-optical analyzing the rays tracing for refractive axicons in two configurations is considered: at falling laser radiation on a flat side of an axicon and on a tip. The executed calculations allow to receive for an axicon complex transmission function which further is used in vectorial Rayleigh-Sommerfeld diffraction integral for modelling propagation light after axicon in the near zone of diffraction.

Литература:

  1. McLeod, J.H. The axicon: a new type of optical element / J.H. McLeod // J. Opt. Soc. Am. – 1954. – V. 44. – P. 592-597.
  2. Jaroszewicz, Z. Axicon – the most important optical element / Z. Jaroszewicz, A. Burvall, A.T. Friberg. – Optics & Photonics News, April 2005.
  3. Durnin, J. Diffraction-free beams / J. Durnin, J.J. Miceli, Jr. and J.H. Eberly // Phys. Rev. Lett. – 1987. – V. 58. – P. 1499-1501.
  4. Turunen, J. Holographic generation of diffraction-free beams / J. Turunen, A. Vasara and A.T. Friberg // Appl. Opt. – 1988. – V. 27. – P. 3959-3962.
  5. Kaenders, W.G. Refractive components for magnetic atom optics / W.G. Kaenders, F. Lison, I. Muller, A. Richter, R. Wynands and D. Meschede // Phys. Rev. A. – 1996. – V. 6, N 6. – P. 5067-5075.
  6. Arlt, J. Atom guiding along Laguerre-Gaussian and Bessel light beams / J. Arlt, T. Hitomi, K. Dholakia //Appl. Phys. – 2000. – V. 71. – P. 549-554.
  7. Arlt, J. Optical dipole traps and atomic waveguides based on Bessel light beams / J. Arlt [et al.] // Phys. Rev. – 2001. – V. 63. – P. 063602.
  8. Garces-Chavez, V. Simultaneous micromanipulation in multiple planes using a self-reconstructing light beam / V. Garces-Chavez [et al.] // Nature. – 2002. – V. 419. – P. 145-147.
  9. Cizmar, T. An optical nanotrap array movable over a milimetre range / T. Cizmar, M. Siler, P. Zemanek // Appl. Phys. B. – 2006. – Vol. 84. – P. 197–203.
  10. Vahimaa, P. Electromagnetic analysis of nonparaxial Bessel beams generated by diffractive axicons / Pasi Vahimaa, Ville Kettunen, Markku Kuittinen, Jari Turunen and Ari T. Friberg // J. Opt. Soc. Am. A. – 1997. – Vol. 14, N  8. – P. 1817-1824.
  11. Zhang, Y. Vector propagation of radially polarized Gaussian beams diffracted by an axicon / Y. Zhang, L. Wang, C. Zheng // J. Opt. Soc. Am. A. – 2005. – Vol. 22, N 11. – P. 2542-2546.
  12. Котляр, В.В. Моделирование острой фокусировки радиально-поляризованной лазерной моды с помощью конического и бинарного микроаксиконов / В.В. Котляр, С.С. Стафеев // Компьютерная оптика. – 2009. – Т. 33, № 1. – С. 52-60.
  13. Хонина, С.Н. Расчёт дифракции линейно-поляризованного ограниченного пучка с постоянной интенсивностью на высокоапертурных бинарных микроаксиконах в ближней зоне / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, С.Г. Волотовский, А.А. Ковалёв // Компьютерная оптика. – 2010. – Т. 34, № 4. – С. 443-460.
  14. Хонина, С.Н. Распространение радиально-ограниченных вихревых пучков в ближней зоне: I. Алгоритмы расчёта / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, А.А. Ковалёв, С.Г. Волотовский // Компьютерная оптика. – 2010. – Т. 34, № 3. – С. 317-332.
  15. Устинов, А.В. Быстрый способ вычисления интеграла Рэлея-Зоммерфельда первого типа / А.В. Устинов // Компьютерная оптика. – 2009. – Т. 33, № 4. – С. 412-419.
  16. Хонина, С.Н. Алгоритмы быстрого расчёта дифракции радиально-вихревых лазерных полей на микроапертуре / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, С.Г. Волотовский, М.А. Ананьин // Известия Самарского научного центра РАН. – 2010. – № 12(3). – С. 15-25.
  17. Luneburg, R.K. Mathematical Theory of Optics / R.K. Luneburg. – University of California Press, Berkeley, California, 1966.
  18. Ciattoni, A. Vectorial analytical description of propagation of a highly nonparaxial beam / A. Ciattoni, B. Crosignani and P. D. Porto // Opt. Commun. – 2002. – Vol. 202. – P. 17–20.

References:

  1. McLeod, J.H. The axicon: a new type of optical element / J.H. McLeod // J. Opt. Soc. Am. – 1954. – V. 44. – P. 592-597.
  2. Jaroszewicz, Z. Axicon – the most important optical element / Z. Jaroszewicz, A. Burvall, A.T. Friberg. – Optics & Photonics News, April 2005.
  3. Durnin, J. Diffraction-free beams / J. Durnin, J.J. Miceli, Jr. and J.H. Eberly // Phys. Rev. Lett. – 1987. – V. 58. – P. 1499-1501.
  4. Turunen, J. Holographic generation of diffraction-free beams / J. Turunen, A. Vasara and A.T. Friberg // Appl. Opt. – 1988. – V. 27. – P. 3959-3962.
  5. Kaenders, W.G. Refractive components for magnetic atom optics / W.G. Kaenders, F. Lison, I. Muller, A. Richter, R. Wynands and D. Meschede // Phys. Rev. A. – 1996. – V. 6, N 6. – P. 5067-5075.
  6. Arlt, J. Atom guiding along Laguerre-Gaussian and Bessel light beams / J. Arlt, T. Hitomi, K. Dholakia //Appl. Phys. – 2000. – V. 71. – P. 549-554.
  7. Arlt, J. Optical dipole traps and atomic waveguides based on Bessel light beams / J. Arlt [et al.] // Phys. Rev. – 2001. – V. 63. – P. 063602.
  8. Garces-Chavez, V. Simultaneous micromanipulation in multiple planes using a self-reconstructing light beam / V. Garces-Chavez [et al.] // Nature. – 2002. – V. 419. – P. 145-147.
  9. Cizmar, T. An optical nanotrap array movable over a milimetre range / T. Cizmar, M. Siler, P. Zemanek // Appl. Phys. B. – 2006. – Vol. 84. – P. 197–203.
  10. Vahimaa, P. Electromagnetic analysis of nonparaxial Bessel beams generated by diffractive axicons / Pasi Vahimaa, Ville Kettunen, Markku Kuittinen, Jari Turunen and Ari T. Friberg // J. Opt. Soc. Am. A. – 1997. – Vol. 14, N  8. – P. 1817-1824.
  11. Zhang, Y. Vector propagation of radially polarized Gaussian beams diffracted by an axicon / Y. Zhang, L. Wang, C. Zheng // J. Opt. Soc. Am. A. – 2005. – Vol. 22, N 11. – P. 2542-2546.
  12. Kotlyar, V.V. Modeling sharp focus radially-polarized laser mode with conical and binary microaxicons / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev // Computer Optics. – 2009. – V. 33, N 1. – P. 52-60. – (in Russian).
  13. Khonina, S.N. Calculation of diffraction of the linearly-polarized limited beam with uniform intensity on high-aperture binary micro-axicons in a near zone / S.N. Kho­nina, A.V. Ustinov, S.G. Volotovsky, A.A. Kovalev // Computer Optics. – 2010. – Vol. 34, N  4. – P. 433-460. – (in Russian).
  14. Khonina, S.N. Propagation of the radially-limited vortical beam in a near zone. Part I. Calculation algorithms / S.N. Khonina, A.V. Ustinov, A.A. Kovalev, S.G. Volotov­sky // Computer Optics. – 2010. – Vol. 34, N  3. – P. 317-332. – (in Russian).
  15. Ustinov, A.V. The fast way for calculation of first class Rayleigh-Sommerfeld integral / A.V. Ustinov // Computer Optics. – 2009. – V. 33, N 4. – P. 412-419. – (in Russian).
  16. Khonina, S.N. Fast calculation algorithms for diffraction of radially-vortical laser fields on the microaperture / S.N. Khonina, A.V. Ustinov, S.G. Volotovsky, M.A. Ana­nin // Izvest. SNC RAS – 2010. – V. 12(3). – P. 15-25. – (in Russian).
  17. Luneburg, R.K. Mathematical Theory of Optics / R.K. Luneburg. – University of California Press, Berkeley, California, 1966.
  18. Ciattoni, A. Vectorial analytical description of propagation of a highly nonparaxial beam / A. Ciattoni, B. Crosignani and P. D. Porto // Opt. Commun. – 2002. – Vol. 202. – P. 17–20.

© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 332-56-22, факс: +7 (846) 332-56-20