(43-3) 01 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Острая фокусировка светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностью произвольного порядка

Котляр В.В., Стафеев С.С., Ковалёв А.А.

ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

 PDF, 1405 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-337-346

Страницы:337-346.

Аннотация:
С помощью формализма Ричардса–Вольфа получены общие формулы для проекций векторов напряженности электрического и магнитного полей вблизи острого фокуса оптического вихря с топологическим зарядом m и азимутальной поляризацией порядка n. Получены простые следствия из этих формул при разных значениях чисел m и n. При условии m=n>1 на оптической оси будет отличная от нуля интенсивность, такая же, как при фокусировке светового поля без вихря и с круговой поляризацией. А при условии n=m+2 вблизи оптической оси в плоскости фокуса будет иметь место обратный поток световой энергии. Полученные формулы можно использовать как для моделирования острой фокусировки оптических полей с двойной сингулярностью (фазовой и поляризационной), так и для теоретического анализа распределений интенсивности и вектора Пойнтинга в фокусе.

Ключевые слова:
острая фокусировка, формулы Ричардса–Вольфа, оптический вихрь, топологический заряд, фазовая сингулярность, поляризационная сингулярность, вектор Пойнтинга, обратный поток энергии, симметрия фокусного пятна

Цитирование:
Котляр, В.В. Острая фокусировка светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностью произвольного порядка / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.А. Ковалёв // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 3. – С. 337-346. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-337-346.

Литература:
  1. Richards, B. Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic system / B. Richards, E. Wolf // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. – 1959. – Vol. 253, Issue 1274. – P. 358-379. – DOI: 10.1098/rspa.1959.0200.
  2. Youngworth, K.S. Focusing of high numerical aperture cylindrical-vector beams / K.S. Youngworth, T.G. Brown // Optics Express. – 2000. – Vol. 7, Issue 2. – P. 77-87. – DOI: 10.1364/OE.7.000077.
  3. Zhan, Q. Focus shaping using cylindrical vector beams / Q. Zhan, J.R. Leger // Optics Express. – 2002. – Vol. 10, Issue 7. – P. 324-331. – DOI: 10.1364/OE.10.000324.
  4. Zhan, Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications / Q. Zhan // Advances in Optics and Photonics. – 2009. – Vol. 1, Issue 1. – P. 1-57. – DOI: 10.1364/AOP.1.000001.
  5. Chen, B. Tight focusing of elliptically polarized vortex beams / B. Chen, J. Pu // Applied Optics. – 2009. – Vol. 48, Issue 7. – P. 1288-1294. – DOI: 10.1364/AO.48.001288.
  6. Rashid, M. Focusing of high order cylindrical vector beams / M. Rashid, O.M. Marago, P.H. Jones // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2009. – Vol. 11, Issue 6. – 065204. – DOI: 10.1088/1464-4258/11/6/065204.
  7. Milione, G. Higher-order Poincaré sphere, stokes parameters, and angular momentum of light / G. Milione, H.I. Sztul, D.A. Nolan, R.R. Alfano // Physical Review Letters. – 2011. – Vol. 107, Issue 5. – 053601. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.053601.
  8. Holleczek, A. Classical and quantum properties of cylindrically polarized states of light / A. Holleczek, A. Aiello, C. Gabriel, C. Marquardt, G. Leuchs // Optics Express. – 2011. – Vol. 19, Issue 10. – P. 9714-9736. – DOI: 10.1364/OE.19.009714.
  9. Chen, S. Generation of arbitrary cylindrical vector beams on the higher order Poincaré sphere / S. Chen, X. Zhou, Y. Liu, X. Ling, H. Luo, S. Wen // Optics Letters. – 2014. – Vol. 39, Issue 18. – P. 5274-5276. – DOI: 10.1364/OL.39.005274.
  10. Wang, T. Focusing properties of cylindrical vector vortex beams with high numerical aperture objective / T. Wang, C. Kuang, X. Hao, X. Liu // Optik. – 2013. – Vol. 124, Issue 21. – P. 4762-4765. – DOI: 10.1016/j.ijleo.2013.01.070
  11. Gong, L. Generation of cylindrical polarized vector vortex beams with digital micromirror device / L. Gong, Y. Ren, W. Liu, M. Wang, M. Zhong, Z. Wang // Journal of Applied Physics. – 2014. – Vol. 116. – 183105. – DOI: 10.1063/1.4901574.
  12. Zhang, X. Focusing properties of cylindrical vector vortex beams / X. Zhang, R. Chen, A. Wang // Optics Communications. – 2018. – Vol. 414. – P. 10-15. – DOI: 10.1016/j.optcom.2017.12.076.
  13. Han, Y. Orbital angular momentum transition of light using a cylindrical vector beam / Y. Han, L. Chen, Y.-G. Liu, Z. Wang, H. Zhang, K. Yang, K.C. Chou // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 9. – P. 2146-2149. – DOI: 10.1364/OL.43.002146.
  14. Li, Y. Propagation evolution of an off-axis high-order cylindrical vector beam / Y. Li, Z. Zhu, X. Wang, L. Gong, M. Wang, S. Nie // Journal of the Optical Society of America A. – 2014. – Vol. 31, Issue 11. – P. 2356-2361. – DOI: 10.1364/JOSAA.31.002356.
  15. Matsusaka, S. Micro-hole drilling by tightly focused vector beams / S. Matsusaka, Y. Kozawa, S. Sato // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 7. – P. 1542-1545. – DOI: 10.1364/OL.43.001542.
  16. Kotlyar, V.V. Energy density and energy flux in the focus of an optical vortex: reverse flux of light energy / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.G. Nalimov // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 12. – P. 2921-2924. – DOI: 10.1364/OL.43.002921.
  17. Kotlyar, V.V. Helical reverse flux of light of a focused optical vortex / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, A.A. Kovalev // Journal of Optics. – 2018. – Vol. 20, Issue 9. – 095603. – DOI: 10.1088/2040-8986/aad606.
  18. Стафеев, С.С. Обратный поток энергии в фокусе цилиндрического векторного пучка / С.С. Стафеев, А.Г. Налимов, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 5. – С. 744-750. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-744-750.
  19. Pal, S.K. C-point and V-point singularity lattice formation and index sign conversion methods / S.K. Pal, Ruchi, P. Senthilkumaran // Optics Communications. – 2017. – Vol. 393. – P. 156-168. – DOI: 10.1016/j.optcom.2017.02.048.
  20. Ruchi. Generation of V-point polarization singularity lattices / Ruchi, S. Pal, P. Senthilkumaran // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, Issue 16. – P. 19326-19331. – DOI: 10.1364/OE.25.019326.
  21. Stafeev, S.S. Tight focusing of a quasi-cylindrical optical vortex / S.S. Stafeev, V.V. Kotlyar // Optics Communications. – 2017. – Vol. 403. – P. 277-282. – DOI: 10.1016/j.optcom.2017.07.054.

     

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20