(45-1) 01 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Эволюция оптического вихря с начальным дробным топологическим зарядом
В.В. Котляр 1,2, А.Г. Налимов 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, 2713 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-766

Страницы: 5-12.

Аннотация:
В ряде теоретических и экспериментальных работ было показано, что для оптического вихря с начальным дробным топологическим зарядом его топологический заряд равен целому числу с недостатком, если дробная часть меньше 0,5 и целому числу с избытком, если дробная часть больше 0,5. В этой работе с помощью численного моделирования мы показали, что топологический заряд начального дробного оптического вихря равен целому числу с недостатком, если дробная часть меньше 0,12, и целому числу с избытком, если дробная часть больше 0,12. Дело в том, что дополнительный центр сингулярности формируется на периферии пучка, где интенсивность почти равна нулю (примерно миллионная часть от максимума), и экспериментально его нельзя обнаружить, а численно можно.

Ключевые слова:
оптический вихрь, дробный топологический заряд, ближняя зона, дальняя зона.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003), а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН.

Цитирование:
Котляр, В.В. Эволюция оптического вихря с начальным дробным топологическим зарядом / В.В. Котляр, А.Г. Налимов // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 1. – С. 5-12. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-766.

Citation:
Kotlyar VV, Nalimov AG. Evolution of an optical vortex with initial fractional topological charge. Computer Optics 2021; 45(1): 5-12. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-766.

Литература:
  1. Alperin, S.N. Quantitative measurement of the orbital angular momentum of light with a single, stationary lens / S.N. Alperin, R.D. Niederriter, J.T. Gopinath, M.E. Siemens // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41, Issue 21. – P. 5019-5022.
  2. 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.
  3. Volyar, A. Vortex avalanche in the perturbed singular beams / A. Volyar, M. Bretsko, Ya. Akimova, Yu. Egorov // Journal of the Optical Society of America A. – 2019. – Vol. 36, Issue 6. – P. 1064-1071.
  4. Zhang, Y. Orbital angular momentum transformation of optical vortex with aluminium metasurfaces / Y. Zhang, X. Yang, J. Gao // Scientific Reports. – 2019. – Vol. 9. – 9133.
  5. Zhang, H. Grafted optical vortex with controllable orbital angular momentum distribution / H. Zhang, X. Li, H. Ma, M. Tang, H. Li, J. Tang, Y. Cai // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 16. – P. 22930-22938.
  6. Воляр, A.B. Формирование и анализ спектров оптических вихрей сингулярных пучков с аномалиями орбитального углового момента / A.B. Воляр, М.В. Брецько, Я.Е. Акимова, Ю.А. Егоров // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 4. – С. 517-527. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-4-517-527.
  7. Воляр, А.В. Секторное возмущение вихревого пучка: энтропия Шеннона, орбитальный угловой момент и топологический заряд / А.В. Воляр, М.В. Брецько, Я.Е. Акимова, Ю.А. Егоров, В.В. Милюков // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 5. – С. 723-734. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-723-734.
  8. 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.
  9. Berry, M.V. Optical vortices evolving from helicoidal integer and fractional phase steps / M.V. Berry // Journal of Optics A: Pure Applied Optics. – 2004. – Vol. 6. – P. 259-268.
  10. White, A.G. Interferometric measurements of phase singularities in the output of a visible laser / A.G. White, C.P. Smith, N.R. Heckenberg, H. Rubinsztein-Dunlop, R. McDuff, C.O. Weiss, C. Tamm // Journal of Modern Optics. – 1991. – Vol. 38, Issue 12. – P. 2531-2541.
  11. 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.
  12. Mourka, A. Visualization of the birth of an optical vortex using diffraction from a triangular aperture / A. Mourka, J. Baumgartl, C. Shanor, K. Dholakia, E.M. Wright // Optics Express. – 2011. – Vol. 19, Issue 7. – P. 5760-5771.
  13. 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.
  14. 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.
  15. Gotte, J.B. Quantum formulation of fractional orbital angular momentum / J.B. Gotte, S. Franke-Arnold, R. Zambrini, S.M. Barnett // Journal of Modern Optics. – 2007. – Vol. 54, Issue 12. – P. 1723-1738.
  16. Jesus-Silva, A.J. Study of the birth of a vortex at Fraunhofer zone / A.J. Jesus-Silva, E.J.S. Fonseca, J.M. Hickmann // Optics Letters. – 2012. – Vol. 37, Issue 21. – P. 4552-4554.
  17. 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.
  18. Налимов, А.Г. Моделирование формирования изображения зонной пластинкой в рентгеновском излучении / А.Г. Налимов, В.В. Котляр, В.А. Сойфер // Компьютерная оптика. ‑ 2011. – Т. 35, № 3. – С. 290-296.
  19. Volovik, G.E. Line and point singularitie in superfluid He3 / G.E. Volovik, V.P. Mineev // JETP Letters. – 1976. – Vol. 24. – P. 561-563.
  20. Jang, J. Observation of half-height magnetization spets in S2RuO4 / J. Jang, D.G. Ferguson, V. Vakarynk, R. Budakian, S.B. Chung, P.M. Goldbart, Y. Maeno // Science. – 2011. – Vol. 331. – P. 186-188.
  21. Alexeyev, C.N. Mutual transformation of fractional-order and integer-order optical vortices / C.N. Alexeyev, Y.A. Egorov, A.V. Volyar // Physical Review A. – 2017. – Vol. 96. – 063807.
  22. Rubo, Y.G. Half vortices in exciton polariton condensate. / Y.G. Rubo // Physical Review Letters. – 2007. – Vol. 99. – 106401.
  23. Flayac, H. Topological stability of the half-vortices in spinor exciton-polariton condensates / H. Flayac, I.A. Shelukh, D.D. Solnyshkov, G. Malpuech // Physical Review B. – 2010. – Vol. 81. – 045318.

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