(44-3) 04 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Передача спинового углового момента диэлектрической микрочастице
В.В. Котляр 1,2, А.Г. Налимов 1,2, А.А. Ковалёв  1,2, А.П. Порфирьев 1,2, С.С. Стафеев  1,2

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

443001, Россия, Самарская область, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151,

2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,

443086, Россия, Самарская область, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

 PDF, 2402 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-686

Страницы: 333-342.

Аннотация:
Показано, что в остром фокусе у лазерного пучка с линейной поляризацией имеет место только поперечное распределение вектора плотности спина (фотонные колёса или фотонный вертолет). Для оптического вихря с линейной поляризацией из-за орбитально-спиновой конверсии в фокусе появляются продольные и поперечные компоненты вектора плотности спина. Экспериментально продемонстрирована спин-орбитальная конверсия, когда Гауссов пучок с круговой поляризацией в фокусе формирует поперечный поток энергии (орбитальный угловой момент), который передаётся микрочастице, вращая вокруг центра масс. Смена направления круговой поляризации (с левой круговой на правую) меняет направление вращения микрочастицы. Показано также, что вихревой пучок с любым целым топологическим зарядом и азимутальной поляризацией в фокусе формирует вектор плотности спина только с осевой проекцией (полная магнетизация), а поперечного спина нет.

Ключевые слова:
спиновый угловой момент, круговая поляризация, орбитально-спиновая конверсия, спин-орбитальная конверсия, вихревой пучок.

Благодарности:
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003) (параграф «Орбитально-спиновая конверсия в фокусе и лента Мёбиуса»), Российского научного фонда (грант 18-19-00595) (все остальные теоретические параграфы и эксперимент) и Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (соглашение № 007-ГЗ/Ч3363/26) (параграфы Введение и Заключение).

Цитирование:
Котляр, В.В. Передача спинового углового момента диэлектрической микрочастице / В.В. Котляр, А.Г. Налимов, А.А. Ковалёв, А.П. Порфирьев, С.С. Стафеев // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 3. – С. 333-342. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-686.

Литература:
  1. 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.
  2. Kotlyar, V.V. Reverse and toroidal flux of light fields with both phase and polarization higher-order singularities in the sharp focus area / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, A.A. Kovalev // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 12. – P. 16689-16702. – DOI: 10.1364/OE.27.016689.
  3. Kotlyar, V.V. Radial dependence of the angular momentum density of a paraxial optical vortex / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Physical Review A. – 2018. – Vol. 97, Issue 5. – 053833. – DOI: 10.1103/PhysRevA.97.053833.
  4. Kotlyar, V.V. Exploiting the circular polarization of light to obtain a spiral energy flow at the subwavelength focus / V.V. Koltyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev // Journal of the Optical Society of America B. – 2019. – Vol. 36, Issue 10. – P. 2850-2855. – DOI: 10.1364/JOSAB.36.002850.
  5. Rodriguez-Herrera, O.G. Optical nanoprobing via spin-orbit interaction of light / O.G. Rodriguez-Herrera, D. Lara, K.Y. Bliokh, E.A. Ostrovskaya, C. Dainty // Physical Review Letters. – 2010. – Vol. 104, Issue 25. – 253601.
  6. Roy, B. Controlled transportation of mesoscopic particles by enhanced spin-orbit interaction of light in an optical trap / B. Roy, N. Ghosh, S.D. Gupta, P.K. Panigrahi, S. Roy, A. Banerjee // Physical Review A. – 2013. – Vol. 87. – 043823.
  7. Roy, B. Manifestations of geometric phase and enhanced spin Hall shifts in an optical trap / B. Roy, N. Ghosh, A. Banerjee, S.D. Gupta, S. Roy // New Journal of Physics. – 2014. – Vol. 16, Issue 8. – 083037.
  8. Meng, P. Angular momentum properties of hybrid cylindrical vector vortex beams in tightly focused optical systems / P. Meng, Z. Man, A.P. Konijnenberg, H.P. Urbach // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 24. – P. 35336-35348.
  9. Irvine, W.T.M. Linked and knotted beams of light / W.T.M. Irvine, D. Bouwmeester // Nature Physics. – 2008. – Vol. 4, Issue 9. – P. 716-720.
  10. Sugic, D. Singular knot bundle in light / D. Sugic, M.R. Dennis // Journal of the Optical Society of America A. – 2018. – Vol. 35, Issue 12. – P. 1987-1999.
  11. Larocque, H. Reconstructing the topology of optical polarization knots / H. Larocque, D. Sugic, D. Mortimer, A.J. Taylor, R. Fickler, R.W. Boyd, M.R. Dennis, E. Karimi // Nature Physics. – 2018. – Vol. 14, Issue 11. – P. 1079-1082.
  12. Aiello, A. From transverse angular momentum tophotonic wheels / A. Aiello, P. Banzer, M. Neugebauer, G. Leuchs // Nature Photonics. – 2015. – Vol. 9. – P. 789-795. – DOI: 10.1038/NPHOTON.2015.20.
  13. Bauer, T. Optical polarization Mobius strips and points of purely transverse spin density / T. Bauer, M. Neugebauer, G. Leuchs, P. Banzer // Physical Review Letters. – 2016. – Vol. 117. – 013601. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.013601.
  14. Bauer, T. Observation of optical polarization Mobius strips / T. Bauer, P. Banser, E. Karimi, S. Orlov, A. Rubano, L. Marrucci, E. Santamato, R.W. Boyd, G. Leuchs // Science. – 2015. – Vol. 347, Issue 6225. – P. 964-966. – DOI: 10.1126/science.1260635.
  15. Jiang, Y. Generation of sub-diffraction-limited pure longitudinal magnetization by the inverse Faraday effect by tightly focusing an azimuthally polarized vortex beam / Y. Jiang, X. Li, M. Gu // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38. – P. 2957-2960. – DOI: 10.1364/OL.38.002957.
  16. Zhang, S. Fully controlled photonic spin in highly confined optical field / S. Zhang, S. Fu, H. Zhang, X. Ge, Z. Bai, Y. Lyu, R. Zhao, Z. Man // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 23. – P. 33621-33633.
  17. 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.
  18. Bliokh, K.Y. Extraordinary momentum and spin in evanescent waves / K.Y. Bliokh, A.Y. Bekshaev, F. Nori // Nature Communications. – 2014. – Vol. 5. – 3300. – DOI: 10.1038/ncomms4300.
  19. Youngworth, K.S. Focusing of high numerical aperture cylindrical-vector beams / K.S. Youngworth, T.G. Brown // Optics Express. – 2000. – Vol. 7. – P. 77-87.
  20. Berry, M.V. Optical currents / M.V. Berry // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2009. – Vol. 11. – 094001.
  21. 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.

© 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