(43-6) 01 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Топологическая стабильность оптических вихрей при дифракции на случайном фазовом экране

В.В. Котляр1,2, А.А. Ковалёв1,2, А.П. Порфирьев1,2

1 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,  
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151,
2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

PDF, 1899 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-917-925

Страницы: 917-925.

Аннотация:
Теоретически показано, что распределение средней интенсивности в фокусе сферической линзы Гауссова оптического вихря, рассеянного фазовым случайным экраном (диффузором), имеет вид кольца с отличным от нуля значением на оптической оси. Радиус кольца средней интенсивности зависит как от топологического заряда оптического вихря, так и от рассеивающей силы диффузора. Поэтому по радиусу средней интенсивности нельзя однозначно судить о величине топологического заряда. Однако о величине топологического заряда оптического вихря можно судить по числу сингулярных фазовых точек, которые можно определить датчиком Шака–Гартмана. Показано также, что если использовать линейную комбинацию двух оптических вихрей, то распределение средней интенсивности будет иметь локальные максимумы, число которых равно разности топологических зарядов двух исходных вихрей. Число этих максимумов уже не будет зависеть от степени рассеяния диффузора и может служить индикатором для идентификации оптического вихря. Моделирование и эксперимент подтверждают теоретические выводы.

Ключевые слова:
оптический вихрь, топологический заряд, случайный экран, диффузор, рассеивающая среда.

Цитирование:
Котляр, В.В. Топологическая стабильность оптических вихрей при дифракции на случайном фазовом экране / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.П. Порфирьев // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 6. – С. 917-925. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-917-925.

Благодарности:
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003 в частях «Средняя интенсивность оптического вихря, рассеянного диффузором» и «Эксперимент» и грант 18-07-01129 в части «Моделирование Гауссова оптического вихря»), а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (соглашение № 007-ГЗ/Ч3363/26) в части «Моделирование суперпозиции двух Гауссовых оптических вихрей».

Литература:
  1. Gbur, G. Vortex beam propagation through atmospheric turbulence and topological charge conservation / G. Gbur, R.K. Tyson // Journal of the Optical Society of America A. – 2008. – Vol. 25. – P. 225-230.
  2. Krenn, M. Communication with spatially modulated light through turbulent air across Vienna / M. Krenn, R. Fickler, M. Fink, J. Handsteiner, M. Malik, T. Sheidl, R. Ursin, A. Zeilinger // New Journal of Physics. – 2014. – Vol. 16. – 113028.
  3. Soifer, V.A. Vortex beams in turbulent media: review / V.A. Soifer, O. Korotkova, S.N. Khonina, E.A. Shchepakina // Computer Optics. – 2016. – Vol. 40(5). – P. 605-624. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-5-605-624.
  4. Mandel, L. Optical coherence and quantum optics / L. Mandel, E. Wolf. – Cambridge: Cambridge University Press, 1995.
  5. Mei, Z. Random sources generating ring-shaped beams / Z. Mei, O. Korotkova // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38, Issue 2. – P. 91-93.
  6. Cang, J. Propagation of Laguerre-Gaussian and Bessel-Gaussian Schell-model beams through paraxial optical systems in turbulent atmosphere / J. Cang, P. Xiu, X. Liu // Optics & Laser Technology. – 2013. – Vol. 54, Issue 30. – P. 35-41.
  7. Zhou, Y. Propagation properties of Laguerre-Gaussian correlated Schell-model beam in non-Kolmogorov turbulence / Y. Zhou, Y. Yuan, J. Qu, W. Huang // Optics Express. – 2016. – Vol. 24, Issue 10. – P. 10682-10693.
  8. Chen, Y. Experimental demonstration of a Laguerre-Gaussian correlated Schell-model vortex beam / Y. Chen, F. Wang, C. Zhao, Y. Cai // Optics Express. – 2014. – Vol. 22, Issue 5. – P. 5826-5838.
  9. 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.
  10. Porfirev, A.P. Study of propagation of vortex beams in aerosol optical medium / A.P. Porfirev, M.S. Kirilenko, S.N. Khonina, R.V. Skidanov, V.A. Soifer // Applied Optics. – 2017. – Vol. 56, Issue 11. – P. E8-E15. – DOI: 10.1364/AO.56.0000E8.
  11. Khonina, S.N. A technique for simultaneous detection of individual vortex states of Laguerre–Gaussian beams transmitted through an aqueous suspension of microparticles / S.N. Khonina, S.V. Karpeev, V.D. Paranin // Optics and Lasers in Engineering. – 2018. – Vol. 105. – P. 68-74. – DOI: 10.1016/j.optlaseng.2018.01.006.
  12. Wang, W. Propagation of Bessel Gaussian beams through non-Kolmogorov turbulence based on Rytov theory / W. Wang, Z. Wu, Q. Shang, L. Bai // Optics Express. – 2018. – Vol. 26, Issue 17. – P. 21712-21724.
  13. Wang, W. Propagation of multiple Bessel Gaussian beams through weak turbulence / W. Wang, Z. Wu, Q. Shang, L. Bai // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 9. – P. 12780-12793.
  14. Kotlyar, V.V. Calculation of fractional orbital angular momentum of superpositions of optical vortices by intensity moments / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 8. – P. 11236-11251. – DOI: 10.1364/OE.27.011236.

     

© 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