Субволновая фокусировка лазерного излучения смешанной азимутально-линейной поляризации
Стафеев С.С., Налимов А.Г., Котляр М.В., О’Фаолейн Л.

 

Институт систем обработки изображений РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Самара, Россия,
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Самара, Россия,
Школа физики и астрономии, Университет Сент-Эндрюса, Великобритания

Аннотация:
В данной работе был рассмотрен четырёхсекторный пропускающий преобразователь поляризации для длины волны 633 нм, с помощью которого можно получить азимутально-поляризованный пучок из линейно-поляризованного. Численно показано, что, поместив непосредственно за преобразователем поляризации зонную пластинку Френеля с фокусным расстоянием 532 нм, можно сфокусировать свет в субволновое фокусное пятно с размерами по полуспаду интенсивности меньше дифракционного предела (размеры по полуспаду интенсивности равны 0,28 и 0,45 от длины волны фокусируемого света). Если же после прохождения четырёхсекторного пропускающего преобразователя свет сначала распространяется в свободном пространстве на расстояние 300 мкм и только потом фокусируется зонной пластинкой, то размер фокусного пятна составляет 0,42 и 0,81 от длины волны фокусируемого света (при этом размер пятна, сформированного только поперечной составляющей напряженности электрического поля, был равен 0,42 и 0,59 от длины волны). Последний численный результат был проверен экспериментально, полученные размеры пятна были равны 0,46 и 0,57 от длины волны.

Ключевые слова :
субволновый микрополяризатор, азимутальная поляризация, субволновая дифракционная решётка, острая фокусировка, СБОМ, FDTD.

Цитирование:
Стафеев, С.С. Субволновая фокусировка лазерного излучения смешанной азимутально-линейной поляризации / С.С. Стафеев, А.Г. Налимов, М.В. Котляр, Л. О’Фаолейн // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 4. – С. 458-466. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-4-458-466.

Литература:

  1. Yu, N. Flat optics with designer metasurfaces / N. Yu, F. Capasso // Nature materials. – 2014. – Vol. 13(2). – P. 139-150. – DOI:10.1038/nmat3839.
  2. Kildishev, A.V. Planar photonics with metasurfaces / A.V. Kildishev, A. Boltasseva, V.M. Shalaev // Science. – 2013. – Vol. 339(6125). – P. 1232009. – DOI: 10.1126/science.1232009.
  3. Kotlyar, V.V. Design of diffractive optical elements modulating polarization / V.V. Kotlyar, O.K. Zalyalov // Optik. – 1996. – Vol. 103(3). – P. 125-130.
  4. Bomzon, Z. Pancharatnam-Berry phase in space-variant polarization-state manipulations with subwavelengtn gratings / Z. Bozom, V. Kleiner, E. Hasman // Optics Letters. – 2001. – Vol. 26(18). – P. 1424-1426. – DOI: 10.1364/OL.26.001424.
  5. Bomzon, Z. Radially and azimutally polarized beams generated by space-variant dielectric subwavelength gratings / Z. Bozom, G. Biener, V. Kleiner, E. Hasman // Optics Letters. – 2002. – Vol. 27(5). – P. 285-287. – DOI: 10.1364/OL.27.000285.
  6. Lerman, G.M. Generation of a radially polarized light beam using space-variant subwavelength gratings at 1064 nm / G.M. Lerman, U. Levy // Optics Letters. – 2008. – Vol. 33(23). – P. 2782-2784. – DOI: 10.1364/OL.33.002782.
  7. Lerman, G.M. Radial polarization interferometer / G.M. Lerman, U Levy // Optics Express. – 2009. – V. 17(25). – P. 23234-23246. – DOI: 10.1364/OE.17.023234.
  8. Ghadyani, Z. Concentric ring metal grating for generating radially polarized light / Z. Ghadyani, I. Vartiainen, I. Harder, W. Iff, A. Berger, N. Lindlein, M. Kuittinen // Applied Optics. – 2011. – Vol. 50(16). – P. 2451-2457. – DOI: 10.1364/AO.50.002451.
  9. Xie, Z. Generation of terahertz vector beams with a concentric ring metal grating and photo-generated carriers / Z. Xie, J. He, X. Wang, S. Feng, Y. Zhang //Optics Letters. – 2015. – Vol. 40(3). – P. 359-362. – DOI: 10.1364/OL.40.000359.
  10. Lin, J. Nanostructured holograms for broadband manipulation of vector beams / J. Lin, P. Genevet, M.A. Kats, N. Antoniou, F. Capasso //Nano Letters. – 2013. – Vol. 13(9). – P. 4269-4274. – DOI: 10.1021/nl402039y.

  11. Genevet, P. Holographic optical metasurfaces: a review of current progress / P. Genevet, F. Capasso // Reports on Progress in Physics. – 2015. – Vol. 78(2). –024401. – DOI: 10.1088/0034-4885/78/2/024401.
  12. Levy, U. Engineering space-variant inhomogeneous media for polarization control / U. Levy, C.-H. Tsai, L. Pang, Y. Fainman // Optics Letters. – 2004. – Vol. 29(15). – P. 1718-1720. – DOI: 10.1364/OL.29.001718.

  13. Stafeev, S.S. Tight focus of light using micropolarizer and microlens / S.S. Stafeev, L. O'Faolain, V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov // Applied Optics. – 2015. – Vol. 54(14). – P. 4388-4394. – DOI: 10.1364/AO.54.004388.
  14. Kotlyar, V.V. Subwavelength micropolarizer in a gold film for visible light / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, M.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, L. O’Faolain // Applied Optics. – 2016. – Vol. 55(19). – P. 5025-5032. – DOI: 10.1364/AO.55.005025.

  15. Стафеев, С.С. Четырёхзонный пропускающий азимутальный микрополяризатор с фазовым сдвигом / С.С. Стафеев, М.В. Котляр, Л. О’Фаолайн, А.Г. Налимов, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 1. – С. 12-18. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-1-12-18.
  16. Davidson, N.High-numerical-aperture focusing of radially polarized doughnut beams with a parabolic mirror and a flat diffractive lens / N. Davidson, N. Bokor // Optics Letters. – 2004. – Vol. 29. – P. 1318-1320. – DOI: 10.1364/OL.29.001318.
© 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