(43-5) 05 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Determination of microrelief of the sample by singular beams superposition

B. Sokolenko1, N. Shostka2, O. Karakchieva2, A.V. Volyar1, D. Poletayev1

1 V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Institute of Physics and Technology,  
295007, Vernadsky av., Simferopol, Russia,
2 V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Scientific Research department

 PDF, 1117 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-741-746

Страницы: 741-746.

Язык статьи: английский.

Аннотация:
In present paper we propose easy way to implement method of interfering vortices with opposite topological charge for the real time determination of the thickness and information about the surface of studied samples with the resolution up to 7 nanometers. The determination of the characteristics of the medial cross-section of submicron-objects becomes possible due to phase sensitivity of interfering singular beams to the slightest changes in the optical path difference between them. The dependence of rotational angle of resulting interference pattern in case of different sample thickness for two singular beams superposition is considered in detail.

Ключевые слова:
optical vortex, phase, optical microscopy, singular beams, surface relief detection.

Цитирование:
Sokolenko, B. Determination of microrelief of the sample by singular beams superposition / B. Sokolenko, N. Shostka, O. Karakchieva, A.V. Volyar, D. Poletaev // Computer Optics. – 2019. – Vol. 43(5). – P. 741-746. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-741-746.

Благодарности:
This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (RFBR) and the Council of Ministers of Crimea grant № 19-42-910010, № 17-42-92020 and partially supported by the V. I. Vernadsky Crimean Federal University Development Program for 2015–2024 and Foundation for Assistance to Small Innovative Enterprises (Russian Federation) (Grant №11540GU/2017 (0033028). The results of the work were reported and discussed at the international conference “Digital singular optical optics”, September 17-21, 2018, Sevastopol.

Литература:
  1. Sprague, R. Surface roughness measurement using white light speckle / R. Sprague // Applied Optics. – 1972. – Vol. 11, Issue 12. – P. 2811-2816. – DOI: 10.1364/AO.11.002811.
  2. Sokolenko, B. Surface roughness sensing with singular vortex beams / B. Sokolenko, D. Poletaev, A. Prisyajniuk // Imaging and Applied Optics. – 2018. – JM4A.35. – DOI: 10.1364/3D.2018.JM4A.35.
  3. Huang, Y.-Ch. Polarized optical heterodyne profilometer / Y.-Ch. Huang, Ch. Chou, L.-Y. Chou, J.-Ch. Shyu, M. Chang // Japanese Journal of Applied Physics. – 1998. – Vol. 37, Issue 1. – 351. – DOI: 10.1143/JJAP.37.351.
  4. Rubinsztein-Dunlop, H. Roadmap on structured light / H. Rubinsztein-Dunlop, A. Forbes, M.V. Berry [et al.] // Journal of Optics. – 2017. – Vol. 19, Issue 1. – 013001.– DOI: 10.1088/2040-8978/19/1/013001.
  5. Meyer, E. Scanning probe microscopy: The lab on a tip / E. Meyer [et al.]. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2003. – 210 p.
  6. Han, R. Recent advances in superresolution fluorescence imaging and its applications in biology / R. Han [et al.] // Journal of Genetics and Genomics. – 2013. – Vol. 40, Issue 12. – P. 583-595. – DOI: 10.1016/j.jgg.2013.11.003.
  7. Dickenson, N.E. Near-field scanning optical microscopy: a tool for nanometric exploration of biological membranes / N.E. Dickenson [et al.] // Analytical and Bioanalytical Chemistry. – 2010. – Vol. 396, Issue 1. – P. 31-43. – DOI: 10.1007/s00216-009-3040-1.
  8. Клементьева, Н.В. Принципы флюоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения (обзор) / Н.В. Клементьева, Е.В. Загайнова, К.А. Лукьянов, А.С. Мишин // Современные технологии в медицине. – 2016. – Т. 8, № 2. – С. 130-140. – DOI: 10.17691/stm2016.8.2.17.
  9. Westphal, V. Video-rate far-field optical nanoscopy dissects synaptic vesicle movement / V. Westphal, S.O. Rizzoli, M.A. Lauterbach, D. Kamin, R. Jahn, S.W. Hell // Science. – 2008. – Vol. 320, Issue 5873. – P. 246-249. – DOI: 10.1126/science.1154228.
  10. Neupane, B. Review of recent developments in stimulated emission depletion microscopy: applications on cell imaging / B. Neupane [et al.] // Journal of Biomedical Optics. – 2014. – Vol. 19, Issue 8. – 080901. – DOI: 10.1117/1.JBO.19.8.080901.
  11. Török, P. The use of Gauss–Laguerre vector beams in STED microscopy / P. Török, P. Munro // Optics Express. – 2004. – Vol. 12. – P. 3605-3617. – DOI: 10.1364/OPEX.12.003605.
  12. Popiołek-Masajada, A. Internal scanning method as unique imaging method of optical vortex scanning microscope / A. Popiołek-Masajada, J. Masajada, M. Szatkowski // Optics and Lasers in Engineering. – 2018. – Vol. 105. – P. 201-208. – DOI: 10.1016/j.optlaseng.2018.01.016.
  13. Pham, Q.D. Optical frequency comb profilometry using a single-pixel camera composed of digital micromirror devices / Q.D. Pham, Y. Hayasaki // Applied Optics. – 2015. – Vol. 54, Issue 1. – P. A39-A44. – DOI: 10.1364/AO.54.000A39.
  14. Sasaki, O. Sinusoidal phase modulating interferometry for surface profile measurement / O. Sasaki, H. Okazaki // Applied Optics. – 1986. – Vol. 25, Issue 18. – P. 3137-3140. – DOI: 10.1364/AO.25.003137.
  15. Belyi, V. Bessel beam based optical profilometry / V. Belyi, M. Kroening, N. Kazak, N. Khilo, A. Mashchenko, P. Ropot // Proceedings of SPIE. – 2005. – Vol. 5964. – 59640L. – DOI: 10.1117/12.624491.
  16. Воронцов, Е.Н. Исследование формирования световых полей с различной скоростью вращения распределения интенсивности / Е.Н. Воронцов, Н.Н. Лосевский, Д.В. Прокопова, Е.В. Разуева, С.А. Самагин // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 2. – С. 158-163. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-2-158-163.
  17. Воронцов, Е.Н. Влияние амплитудных и фазовых искажений на формирование световых полей с вращением распределения интенсивности / Е.Н. Воронцов, С.П. Котова, Н.Н. Лосевский, Д.В. Прокопова, С.А. Самагин // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 2018. – Т. 45б № 3. – С. 9-14.
  18. Bouchal, P. Vortex topographic microscopy for full-field reference-free imaging and testing / P. Bouchal, L. Štrbková, Z. Dostál, Z. Bouchal // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, Issue 18. – P. 21428-21443. – DOI: 10.1364/OE.25.021428.
  19. Baránek, M. Aberration resistant axial localization using a self-imaging of vortices / P. Bouchal, M. Šiler, Z. Bouchal // Optics Express. – 2015. – Vol. 23. – P. 15316-15331.
  20. Pavani, S.R.P. High-efficiency rotating point spread functions / S.R.P. Pavani, R. Piestun // Optics Express. – 2008. – Vol. 16. – P. 3484-3489. – DOI: 10.1364/OE.16.003484.
  21. Sokolenko, B. Phase shifting profilometry with optical vortices / B. Sokolenko, D. Poletaev, S. Halilov // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 917, Issue 6. – 062047. – DOI: 10.1088/1742-6596/917/6/062047.
  22. Shostka, N.V. Controllable optical trap arrays / N. Shostka, M.O. Ivanov, V.I. Shostka // Technical Physics Letters. – 2016. – Vol. 42. – 944. – DOI: 10.1134/S106378501609025X.
  23. Shvedov, V. A long-range polarization-controlled optical tractor beam / V. Shvedov [et al.] // Nature Photonics. – 2014. – Vol. 8, Issue 11. – P. 846-850. – DOI: 10.1038/nphoton.2014.242.
  24. Simpson, N.B. Optical tweezers and optical spanners with Laguerre–Gaussian modes / N.B. Simpson, L. Allen, M.J. Padgett // Journal of Modern Optics. – 1996. – Vol. 43, Issue 12. – P. 2485-2491.
  25. Dasgupta, R. Long-distance axial trapping with Laguerre–Gaussian beams / R. Dasgupta, R.S. Verma, S. Ahlawat, D. Chaturvedi, P.K. Gupta // Applied Optics. – 2011. – Vol. 50, Issue 10. – P. 1469-1476. – DOI: 10.1364/AO.50.001469.
  26. Simpson, S.H. Rotation of absorbing spheres in Laguerre–Gaussian beams / S.H. Simpson, S. Hanna // Journal of the Optical Society of America A. – 2009. – Vol. 26, Issue 1. – P. 173-183.
  27. Simpson, S.H. Orbital motion of optically trapped particles in Laguerre–Gaussian beams / S.H. Simpson, S. Hanna // Journal of the Optical Society of America A. – 2010. – Vol. 27, Issue 9. – P. 2061-2071. – DOI: 10.1364/JOSAA.27.002061.
  28. Cao, Y. Spin-controlled orbital motion in tightly focused high-order Laguerre-Gaussian beams / Y. Cao, T. Zhu, Y. Lv, W. Ding // Optics Express. – 2016. – Vol. 24, Issue 4. – P. 3377-3384. – DOI: 10.1364/OE.24.003377.
  29. Kiselev, A.D. Optical trapping by Laguerre-Gaussian beams: Far-field matching, equilibria, and dynamics / A.D. Kiselev and D.O. Plutenko // Physical Review A. – 2016. – Vol. 94. – 013804. – DOI: 10.1103/PhysRevA.94.013804.
  30. Клыков, С.С. Анализ динамики захвата клеток в оптической ловушке в приближении геометрической оптики / С.С. Клыков, И.В. Федосов, В.В. Тучин // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 5. – P. 694-701. – DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-5-694-701.
  31. Порфирьев, А.П. Оптический захват и перемещение микрочастиц с помощью асимметричных пучков Бесселя–Гаусса / А.П. Порфирьев, А.А. Ковалёв, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2016. – Vol. 40 (2). – P. 152-157. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-2-152-157.
  32. Ковалёв, А.А. Пучки Лагерра–Гаусса с комплексным смещением в декартовых координатах / А.А. Ковалёв, В.В. Котляр, С.Г. Засканов, Д.С. Калинкина // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 1. – С. 5-11. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-1-5-11.
  33. Карпеев, С.В. Сравнение устойчивости вихревых пучков Лагерра–Гаусса к случайным флуктуациям оптической среды / С.В. Карпеев, В.Д. Паранин, М.С. Кири­ленко // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 2. – С. 208-217. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-2-208-217.
  34. Vickers, J. Phase and interference properties of optical vortex beams / J. Vickers [et al.] // Journal of the Optical Society of America A. – 2008. – Vol. 25, Issue 3. – P. 823-827. – DOI: 10.1364/JOSAA.25.000823.
  35. Soskin, M.S. Singular optics / M.S. Soskin, M.V. Vasnetsov // Progress in Optics. – 2001. – Vol. 42. – P. 262. – DOI: 10.1016/S0079-6638(01)80018-4.
  36. Bekshaev, A. Optical vortex generation with a “fork” hologram under conditions of high-angle diffraction / A. Bekshaev, O. Orlinska, M. Vasnetsov // Optics Communications. – 2010. – Vol. 283, Issue 10. – P. 2006-2016. – DOI: 10.1016/j.optcom.2010.01.012.
  37. Soskin, M.S. Computer-synthesized hologram-based rainbow optical vortices / M.S. Soskin, P.V. Polyanskii, O.O. Arkhelyuk // New Journal of Physics. – 2004. – Vol. 6. – P. 196-204. – DOI: 10.1088/1367-2630/6/1/196.
  38. Khonina, S.N. Experimental demonstration of the generation of the longitudinal E-field component on the optical axis with high-numerical-aperture binary axicons illuminated by linearly and circularly polarized beams / S.N. Khonina, S.V. Karpeev, S.V. Alferov, D.A. Savelyev, J. Laukkanen and J. Turunen // Optics Express. – 2013. – Vol. 16, Issue 5. – 085704. – DOI: 10.1088/2040-8978/15/8/085704.
  39. Khonina, S.N. Strengthening the longitudinal component of the sharply focused electric field by means of higher-order laser beams / S.N. Khonina, S.V. Alferov, S.V. Karpeev // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38, Issue 17. – P. 3223-3226. – DOI: 10.1364/OL.38.003223.

 

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