(44-6) 06 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Спиральная фазовая пластинка со множеством центров сингулярности
В.В. Котляр 1,2, А.А. Ковалев 1,2, Е.С. Козлова 1,2, А.П. Порфирьев 1,2

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, 1400 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-774

Страницы: 901-908.

Аннотация:
Рассмотрена мультиспиральная фазовая пластинка, у которой имеется множество центров сингулярности фазы, расположенных в произвольных точках в плоскости пластинки. Получены замкнутые выражения для топологического заряда вихревого поля в начальной плоскости сразу за обычной спиральной фазовой пластинкой и нормированного на мощность пучка орбитального углового момента. Топологический заряд в начальной плоскости равен сумме топологических зарядов каждой сингулярности, если их центры находятся внутри круглой апертуры конечного радиуса. Если часть центров сингулярности фазы лежит на границе круглой диафрагмы, ограничивающей обычную спиральную фазовую пластинку, то их топологический заряд в сумме нужно поделить на 2. Орбитальный угловой момент зависит от расположения центров сингулярности: чем дальше от центра пластинки расположен центр сингулярности, тем меньше вклад в орбитальный угловой момент. Если все центры сингулярности лежат на границе, ограничивающей мультиспиральную фазовую пластинку диафрагмы, то орбитальный угловой момент пучка равен нулю, хотя топологический заряд пучка в этом случае будет отличен от нуля.

Ключевые слова:
спиральная фазовая пластинка, оптические вихри, орбитальный угловой момент.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003, расчет топологического заряда), Российского научного фонда (грант 18-19-00595, расчет орбитального углового момента), а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (результаты моделирования).

Цитирование:
Котляр, В.В. Спиральная фазовая пластинка со множеством центров сингулярности / В.В. Котляр, А.А. Ковалев, Е.С. Козлова, А.П. Порфирьев // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 6. – С. 901-908. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-774.

Citation:
Kotlyar VV, Kovalev AA, Kozlova ES, Porfirev AP. Spiral phase plate with many singularity centers. Computer Optics 2020; 44(6): 901-908. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-774.

Литература:
  1. Kotlyar, V.V. Vortex laser beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev. – Boca Raton: CRC Press, 2018. – 404 p. – ISBN: 978-1-138-54211-2.
  2. Berry, M.V. Optical vortices evolving from helicoidal integer and fractional phase steps / M.V. Berry // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2004. – Vol. 6, Issue 2. – P. 259-268.
  3. Allen, L. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes / L. Allen, M. Beijersbergen, R. Spreeuw, J. Woerdman // Physical Review A. – 1992. – Vol. 45. – 8185.
  4. Li, S. Deterministic generation of orbital-angular-momentum multiplexed tripartite entanglement / S. Li, X. Pan, Y. Ren, H. Liu, S. Yu, J. Jing // Physical Review Letters. – 2020. – Vol. 124. – 083605.
  5. 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, M.P.J. Lavery, M. Tur, S. Ramachandran, A.F. Molisch, N. Ashrafi, S. Ashrafi // Advances in Optics and Photonics. – 2015. – Vol. 7. – P. 66-106.
  6. 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. – 253601.
  7. Aksenov, V.P. The influence of the vortex phase on the random wandering of a Laguerre–Gaussian beam propagating in a turbulent atmosphere: a numerical experiment / V.P. Aksenov, V.V. Kolosov, C.E. Pogutsa // Journal of Optics. – 2013. – Vol. 15. – 044007.
  8. Bazhenov, V. Laser-beam with screw dislocations in the wavefront / V. Bazhenov, M.V. Vasnetsov, M.S. Soskin // JETP Letters. – 1990. – Vol. 53. – P. 429-431.
  9. Khonina, S.N. The rotor phase filter / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, M.V. Shinkarev, V.A. Soifer, G.V. Uspleniev // Journal of Modern Optics. – 1992. – Vol. 39, Issue 5. – P. 1147-1154. – DOI: 10.1080/09500349214551151.
  10. 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.
  11. Soskin, M.S. Topological charge and angular momentum of light beams carring optical vortex / M.S. Soskin, V.N. Gorshkov, M.V. Vastnetsov, J.T. Malos, N.R. Heckenberg // Physical Review A. – 1997. – Vol. 56, Issue 5. – P. 4064-4075.
  12. Воляр, А.В. По ту сторону интенсивности или моменты интенсивности и измерение спектра оптических вихрей сложных пучков / А.В. Воляр, М.В. Брецько, Я.Е. Акимова, Ю.А. Егоров // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 5. – С. 736-743. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-42-5-736-743.
  13. Kotlyar, V.V. Topological charge of a linear combination of optical vortices: topological competition / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.V. Volyar // Optics Express. – 2020. – Vol. 28, Issue 6. – P. 8266-8281. – DOI: 10.1364/OE.386401.
  14. Wen, J. Vortex strength and beam propagation factor of fractional vortex beams / J. Wen, L. Wang, X. Yang, J. Zhang, S. Zhu // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 4. – P. 5893-5904.
  15. Hickmann, J.M. Unveiling a truncated optical lattice associated with a triangular aperture using lights orbital angular momentum / J.M. Hickmann, E.J.S. Fonseca, W.C. Soares, S. Chavez-Cerda // Physical Review Letters. – 2010. – Vol. 105. – 053904.
  16. Indebetouw, G. Optical vortices and their propagation / G. Indebetouw // Journal of Modern Optics. – 1993. – Vol. 40, Issue 1. – P. 73-87.
  17. Abramochkin, E. Spiral-type beams / E. Abramochkin, V. Volostnikov // Optics Communications. – 1993. – Vol. 102, Issues 3-4. – P. 336-350. – DOI: 10.1016/0030-4018(93)90406-U.
  18. Ковалёв, А.А. Орбитальный угловой момент и топологический заряд Гауссова пучка с несколькими оптическими вихрями / А.А. Ковалёв, В.В. Котляр, Д.С. Калинкина // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 1. – С. 34-39. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-632.
  19. Kotlyar, V.V. Astigmatic transforms of an optical vortex for measurement of its topological charge / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Pofirev // Applied Optics. – 2017. – Vol. 56, Issue 14. – P. 4095-4104. – DOI: 10.1364/AO.56.004095.
  20. Leach, J. Observation of the vortex structure of a non-integer vortex beam / J. Leach, E. Yao, M.J. Padgett // New Journal of Physics. – 2004. – Vol. 6. – 71.
  21. 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.
  22. Ковалёв, А.А. Дифракция Френеля и Фраунгофера гауссова пучка с несколькими поляризационными сингулярностями / А.А. Ковалёв, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 2. – С. 179-189. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-2-179-189.
  23. Gradshteyn, I.S. Table of integrals, series, and products / I.S. Gradshteyn, I.M. Ryzhik. – 7th ed. – New York: Academic Press, 2007. – ISBN: 978-0-12-373637-6.
  24. Kotlyar, V. Orbital angular momentum of a laser beam behind an off-axis spiral phase plate / V. Kotlyar, A. Kovalev, A. Porfirev, E. Kozlova // Optics Letters. – 2019. – Vol. 44, Issue 15. – P. 3673-3676. – DOI: 10.1364/OL.44.003673.
  25. Kotlyar, V.V. Generation of phase singularity through diffracting a plane or Gaussian beam by a spiral phase plate / V.V. Kotlyar, A.A. Almazov, S.N. Khonina, V.A. Soifer, H. Elfstrom, J. Turunen // Journal of the Optical Society of America A. – 2005. – Vol. 22, Issue 5. – P. 849-861. – DOI: 10.1364/JOSAA.22.000849.
  26. Volyar, A. Digital sorting perturbed Laguerre-Gaussian beams by radial number / A. Volyar, M. Bretsko, Ya. Akimova, Yu. Egorov // Journal of the Optical Society of America A. – 2020. – Vol. 37, Issue 6. – P. 959-968.
    .

© 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