(44-5) 21 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Оптимизация параметров бинарных фазовых аксиконов для генерации терагерцовых закрученных поверхностных плазмон-поляритонов на цилиндрических проводниках
Б.А. Князев 1,2, В.С. Павельев 1,3,4

1 Новосибирский государственный университет,
630090, Россия, Новосибирская область, г. Новосибирск, ул. Пирогова, д. 1,

2 Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера,
630090, Россия, Новосибирская область, г. Новосибирск, проспект Лаврентьева, д. 11,

3 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151,

4 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

  PDF, 790 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-726

Страницы: 852-856.

Аннотация:
Рассмотрена возможность генерации поверхностных плазмон-поляритонов с орбитальным угловым моментом («закрученных плазмонов») на цилиндрических проводниках дифракционным методом ("end-fire coupling technique") в спектральном диапазоне от 8,5 до 141 мкм (~2 – 40 ТГц). Торец цилиндра освещается Бесселевыми пучками, сформированными с помощью бинарных спиральных фазовых аксиконов, или кольцевыми закрученными пучками, сформированными в фокальной плоскости дополнительной линзы. Построены графики, определяющие связь между параметрами волновода (диаметр проводника, равный диаметру освещающего пучка, и угол «закрутки» плазмона) и параметрами аксикона (отношение периода аксикона к длине волны излучения) для указанных выше длин волн и топологических зарядов пучков от 1 до 9. Полученные результаты свидетельствуют о возможности проведения в длинноволновом диапазоне экспериментов по моделированию плазмонного мультиплексного канала связи.

Ключевые слова:
поверхностный плазмон-поляритон, бинарный фазовый аксикон, закрученные пучки.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 19-12-00103. При выборе расчётных параметров использованы результаты экспериментов, выполненных в ИЯФ СО РАН с использованием оборудования ЦКП «СЦСТИ» на базе УНУ «Новосибирский ЛСЭ».

Цитирование:
Князев, Б.А. Оптимизация параметров бинарных фазовых аксиконов для генерации терагерцовых закрученных поверхностных плазмон-поляритонов на цилиндрических проводниках / Б.А. Князев, В.С. Павельев // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 5. – С. 852-856. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-726.

Citation:
Knyazev BA, Pavelyev VS. Optimization of parameters of binary phase axicons for the generation of terahertz vortex surface plasmons on cylindrical conductors. Computer Optics 2020; 44(5): 852-856. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-726.

Литература:
  1. Willner, A.E. Optical communications using orbital angular momentum beams / A.E. Willner, H. Huang, Y. Yan, Y. Ren, N. Ahmed, G. Xie, C. Bao, L. Li, Y. Cao, Z. Zhao, J. Wang // Advances in Optics and Photonics. – 2015. – Vol. 7, Issue 1. – P. 66-106.
  2. Алмазов, А.А. Формирование и селекция лазерных пучков, являющихся суперпозицией произвольного числа угловых гармоник, с помощью фазовых дифракционных оптических элементов / А.А. Алмазов, С.Н. Хонина, В.В. Котляр // Оптический журнал. – 2005. – Т. 72, № 5. – С. 45-54.
  3. Krenn, M. Twisted light communication through turbulent air across Vienna / M. Krenn, R. Fickler, M. Fink, J. Handsteiner, M. Malik, T. Scheidl, R. Ursin, A. Zeilinger // New Journal of Physics. – 2014. – Vol. 16, Issue 11. – 113028.
  4. Tamburini, F. Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental test / F. Tamburini, E. Mari, A. Sponselli, B. Thidé, A. Bianchini, F. Romanato // New Journal of Physics. – 2012. – Vol. 14, Issue 3. – 033001.
  5. Yan, Y. High-capacity millimetre-wave communications with orbital angular momentum multiplexing / Y. Yan, G. Xie, M.P. Lavery, H. Huang, N. Ahmed, C. Bao, Y. Ren, Y. Cao, L. Li, Z. Zhao, A.F. Molisch // Nature Communications. – 2014. – Vol. 5, Issue 1. – 4876.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Карпеев, С.В. Возможности передачи и детектирования модулированных пучков с длиной волны 1530 нм в условиях случайных флуктуаций среды распространения / С.В. Карпеев, В.В. Подлипнов, Н.А. Ивлиев, В.Д. Паранин // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 3. – С. 368-375. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-368-375.
  9. Князев, Б.А. Пучки фотонов с ненулевой проекцией орбитального момента импульса – новые результаты / Б.А. Князев, В.Г. Сербо // Успехи физических наук. – 2018. – Т. 188, № 5. – С. 508-539.
  10. Голуб, М.А. Фазовые пространственные фильтры, согласованные с поперечными модами / М.А. Голуб, С.В. Карпеев, Н.Л. Казанский, А.В. Мирзов, И.Н. Сиса­кян, В.А. Сойфер, Г.В. Уваров // Квантовая электроника. – 1988. – Т. 15, № 3. – С. 617-618.
  11. Duparre, M.R. Generation, superposition and separation of Gauss-Hermite modes by means of DOEs / M.R. Duparre, B. Kley, R. Kowarschik, B. Ludge, VS. Pavelyev, V.A. Soifer // Proceedings of SPIE. – 1998. – Vol. 3291. – P. 104-114.
  12. Zhang, X. Terahertz surface plasmonic waves: A review / X. Zhang, Q. Xu, L. Xia, Y. Li, J. Gu, Z. Tian, C. Ouyang, J. Han, W. Zhang // Advanced Photonics. – 2020. – Vol. 2, Issue 1. – 014001.
  13. Gerasimov, V.V. Surface plasmon polaritons launched using a terahertz free-electron laser: propagation along a gold–ZnS–air interface and decoupling to free waves at the surface edge / V.V. Gerasimov, B.A. Knyazev, I.A. Kotelnikov, A.K. Nikitin, V.S. Cherkassky, G.N. Kulipanov, G.N. Zhizhin // Journal of Optical Society of America B. – 2013. – Vol. 30, Issue 8. – P. 2182-2190.
  14. Wang, K. Metal wires for terahertz wave guiding / K. Wang, D.M. Mittleman // Nature. – 2004. – Vol. 432(7015). – P. 376-379.
  15. Князев, Б.А. Возможность генерации терагерцовых и инфракрасных поверхностных плазмон-поляритонов с орбитальным угловым моментом на цилиндрических проводниках с помощью дифракционных оптических элементов / Б.А. Князев, О.Е. Камешков, А.К. Никитин, В.С. Павельев, Ю.Ю. Чопорова // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 6. – С. 992-1000. – DOI: DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-992-1000/
  16. Fisher, C. End-fire coupling efficiencies of surface plasmons for silver, gold, and plasmonic nitride compounds / C. Fisher, L.C. Botten, C.G. Poulton, R.C. McPhedran, C.M. de Sterke // Journal of Optical Society of America B. – 2016. – Vol. 33, Issue 6. – P. 1044-1054.
  17. Устинов, А.В. Влияние соотношения ширины полос дифракционной кольцевой решетки на распределение энергии в фокальной плоскости / А.В. Устинов, А.П. Порфирьев, С.Н. Хонина // Оптический журнал. – 2017. – Т. 84, № 9. – С. 3-12.
  18. Khonina, S.N. Diffractive axicon with tunable fill factor for focal ring splitting / S.N. Khonina, A.P. Porfirev, A.V. Ustinov // Proceedings of SPIE. – 2017. – Vol. 10233. – 102331P. – DOI: 10.1117/12.2265017.
  19. Khonina, S.N. 3D transformations of light fields in the focal region implemented by diffractive axicons / S.N. Khonina, A.P. Porfirev // Applied Physics B. – 2018. – Vol. 124, Issue 9. – 191.
  20. Choporova, Yu.Yu. High-power Bessel beams with orbital angular momentum in the terahertz range / Yu.Yu. Choporova, B.A. Knyazev, G.N. Kulipanov, V.S. Pavelyev, M.A. Scheglov, N.A. Vinokurov, B.O. Volodkin, V.N. Zhabin // Physical Review A. – 2017. – Vol. 96, Issue 2. – 023846.
  21. Knyazev, B.A. Recent experiments at NovoFEL user stations / B.A. Knyazev, I.A. Azarov, E.N. Chesnokov, Yu.Yu. Choporova, V.V. Gerasimov, Y.I. Gorbachev, Y.V. Getmanov, B.G. Goldenberg, O.E. Kameshkov, P.V. Koshlyakov, I.A. Kotelnikov, A.S. Kozlov, V.V. Kubarev, G.N. Kulipanov, S.B. Malyshkin, A.K. Nikitin, P.A. Nikitin, N.D. Osintseva, V.S. Pavelyev, S.E. Peltek, A.K. Petrov, V.M. Popik, T.V. Salikova, M.A. Scheglov, S.S. Seredniakov, V.N. Shastin, O.A. Shevchenko, V.A. Shvets, D.A. Skorokhod, A.N. Skrinsky, S.L. Veber, N.A. Vinokurov, V.B. Voloshinov, R.Kh. Zhukavin // EPJ Web of Conferences. – 2018. – Vol. 195. – 00002.
  22. Berry, M.V. Exact and geometrical optics energy trajectories in twisted beams / M.V. Berry, K.T. McDonald // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2008. – Vol. 10, Issue 3. – 035005. – DOI: 10.1051/epjconf/201819500002.
  23. TYDEX. ТГц монохроматические волновые пластинки [Электронный ресурс]. URL: http://www.tydexoptics.com/ru/products/thz_optics/thz_waveplate1/ (дата обращения 15.06.2020).
  24. Ostrovsky, A.S. Generation of the “perfect” optical vortex using a liquid-crystal spatial light modulator / A.S. Ostrovsky, C. Rickenstorff-Parrao, V. Arrizón // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38, Issue 4. – P. 534-536.
  25. Специальные функции / Е. Янке, Ф. Эмде, Ф. Лёш; под ред. Л.И. Седова. – Изд. 3-е, стер. – М.: Физматлит, 1977. – 344 с.
  26. Kozawa, Y. Focusing property of a double-ring-shaped radially polarized beam / Y. Kozawa, S. Sato // Optics Letters. – 2006. – Vol. 31, Issue 6. – P. 820-822.
  27. Karpeev, S.V. Generation of a controlled double-ring-shaped radially polarized spiral laser beam using a combination of a binary axicon with an interference polarizer / S.V. Karpeev, V.D. Paranin, S.N. Khonina // Journal of Optics. – 2017. – Vol. 19, Issue 5. – 055701.
  28. Schröter, U. Surface plasmon polaritons on metal cylinders with dielectric core / U. Schröter, A. Dereux // Physical Review B. – 2001. – Vol. 64, Issue 12. – 125420.
  29. Kotelnikov, I.A. Diffraction of Bessel beams on 2D amplitude gratings—a new branch in the Talbot effect study / I.A. Kotelnikov, O.E. Kameshkov, B.A. Knyazev // Journal of Optics. – 2020. – Vol. 22, Issue 6. – 065603.

© 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