Непараксиальное распространение гауссовых пучков под углом к оси анизотропного кристалла
Хонина С.Н., Зотеева О.В., Харитонов С.И.

Аннотация:
В работе аналитически и численно исследуется распространение лазерных пучков в анизотропных кристаллах как вдоль, так и под углом к оси кристалла. Для одноосного кристалла с использованием метода стационарной фазы получены аналитические выражения, показывающие зависимость астигматического искажения от поляризации падающего пучка. Также показано, что при распространении лазерного пучка под углом к оси кристалла проявляется эффект двулучепреломления, который может исчезать при соответствии плоскости наклона пучка и плоскости линейной поляризации. Для гауссовых пучков получено выражение, связывающее параметры пучка и кристалла, при котором обеспечивается визуальное разделение обыкновенного и необыкновенного лучей.

Ключевые слова :
анизотропная среда, гауссов пучок, эффект двулучепреломления.

Литература:

  1. Zhan, Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications // Advances in Optics and Photonics. – 2009. – Vol. 1. – P. 1-57.
  2. Niziev, V.G. Influence of Beam Polarization on Laser Cutting Efficiency / V.G. Niziev, A.V. Nesterov // Journal of Physics D. – 1999. – V. 32. – P. 1455-1461.
  3. Хонина, С.Н. Минимизация светового и теневого фокального пятна с контролируемым ростом боковых лепестков в фокусирующих системах с высокой числовой апертурой / С.Н. Хонина, С.Г. Волотовский // Компьютерная оптика. – 2011. – Т. 35, № 4. – С. 438-451.
  4. Tidwell, S.C. Generating radially polarized beams interferometrically / S.C. Tidwell, D.H. Ford, W.D. Kimura // Applied Optics. – 1990. – V. 29. – P. 2234-2239.  
  5. Khonina, S.N. Polarization converter for higher-order laser beams using a single binary diffractive optical element as beam splitter / S.N. Khonina, S.V. Karpeev, S.V. Alferov // Opt. Lett. – 2012. – Vol. 37, N 12. – P. 2385-2387.
  6. 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 and S. Sato // Opt. Lett. – 2006. – V. 31(14). – P. 2151-2153.
  7. Kawauchi, H. Simultaneous generation of helical beams with linear and radial polarization by use of a segmented half-wave plate / H. Kawauchi, Y. Kozawa, S. Sato, T. Sato and S. Kawakami // Opt. Lett. – 2008. – V. 33(4). – P. 399-401.
  8. Ciattoni, A. Circularly polarized beams and vortex generation in uniaxial media / A. Ciattoni, G. Cincotti, C. Palma // J. Opt. Soc. Am. A. – 2003. – Vol. 20(1). – P. 163-171.
  9. Marrucci, L. Optical spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media / L. Mar­rucci, C. Manzo and D. Paparo // Phys. Rev. Lett. –2006. – Vol. 96. – P. 163905-163909.
  10. Fadeyeva, T.A. Spatially engineered polarization states and optical vortices in uniaxial crystals / T.A. Fadeyeva, V.G. Shve­dov, Y.V. Izdebskaya, A.V. Volyar, E. Bras­se­let, D.N. Ne­shev, A.S. Desyatnikov, W. Krolikowski and Y.S. Kiv­shar // Opt. Expr. – 2010. – Vol. 18(10). – P. 10848-10863.
  11. Picon, A. Spin and orbital angular momentum propagation in anisotropic media: theory / A. Picon, A. Benseny, J. Mompart and G.F Calvo // J. Opt. – 2011. – Vol. 13. – P. 064019-064026.
  12. Fleck, J.A. Jr. Beam propagation in uniaxial anisotropic media / J.A. Fleck, Jr. and M.D. Feit // J. Opt. Soc. Am. – 1983. – Vol. 73(7). – P. 920-926.
  13. Ciattoni, A. Vectorial theory of propagation in uniaxially anisotropic media / A. Ciattoni, B. Crosignani and P.Di Porto // J. Opt. Soc. Am. A. – 2001. – Vol. 18(7). – P. 1656-1661.
  14. Zhao, Y. Spin-to-orbital angular momentum conversion in a strongly focused optical beam Phys / Y. Zhao, J.S. Edgar, G.D.M. Jeffries, D. McGloin and D.T. Chiu // Rev. Lett. – 2007. – Vol. 99. – P. 073901.
  15. Chen, L. Electro-optically forbidden or enhanced spin-to-orbital angular momentum conversion in a focused light beam / L. Chen and W. She // Opt. Lett. – 2008. – Vol. 33. – P. 696-698.
  16. Khonina, S.N. Controlling the contribution of the electric ?eld components to the focus of a high-aperture lens using binary phase structures, / S.N. Khonina, S.G. Volotovsky // J. Opt. Soc. Am. A. – 2010. – Vol. 27, N 10. – P. 2188-2197.
  17. Stallinga, S. Axial birefringence in high-numerical-aper­ture optical systems and the light distribution close to focus / S. Stallinga // J. Opt. Soc. Am. A. – 2001. – Vol. 18(11). – P. 2846-2859.
  18. Seshadri, S.R. Beam dynamics of two modes propagating along the optic axis in a uniaxial crystal / S.R. Seshadri // J. Opt. Soc. Am. A. – 2005. – Vol. 22(2). – P. 361-369.
  19. Liu, D. Various dark hollow beams propagating in uniaxial crystals orthogonal to the optical axis / D. Liu and Z. Zhou // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. – 2008. – Vol. 10. – P. 095005-095014.
  20. Zusin, D.H. Bessel beam transformation by anisotropic crystals / D.H. Zusin, R. Maksimenka, V.V. Filippov, R.V. Chulkov, M. Perdrix, O. Gobert and A.S. Grabtchikov // J. Opt. Soc. Am. A. – 2010. – Vol. 27(8). – P. 1828-1833.  
  21. Досколович, Л.Л. Интегральные представления решений системы уравнений Максвелла для анизотропных сред / Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский, С.И. Харитонов // Компьютерная оптика. – 2010. – T. 34, № 1. – C. 52-57.
  22. Хонина, С.Н. Аналог интеграла Рэлея-Зоммерфельда для анизотропной и гиротропной среды / С.Н. Хонина, С.И. Харитонов, // Компьютерная оптика. – 2012. – Т. 36, № 2. – С. 172-182.
  23. Luneburg, R.K. Mathematical Theory of Optics / R.K. Luneburg. – University of California Press, Berkeley, California, 1966.
  24. Seshadri, S.R. Basic elliptical Gaussian wave and beam in a uniaxial crystal / S.R. Seshadri // J. Opt. Soc. Am. A. – 2003. – Vol. 20, N 9. – P. 1818-1826.
  25. Хонина, С.Н. Периодическое изменение интенсивности модовых лазерных пучков при распространении в анизотропных одноосных кристаллах / С.Н. Хонина, С.Г. Волотовский, С.И. Харитонов // Известия СНЦ РАН. – 2012. – Т. 14, № 4 (принято к публикации).
© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20