(45-2) 04 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Астигматическое преобразование набора краевых дислокаций, внедренных в Гауссов пучок

В.В. Котляр 1,2, А.А. Ковалёв 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, 1483 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-849

Страницы: 190-199.

Аннотация:
Теоретически показано, как Гауссов пучок c конечным числом параллельных линий нулей интенсивности (краевых дислокаций) с помощью цилиндрической линзы преобразуется в вихревой пучок, имеющий орбитальный угловой момент и топологический заряд. Причем в начальной плоскости у такого пучка уже есть орбитальный угловой момент, но нет топологического заряда, который появляется только при распространении в свободном пространстве. На примере двух параллельных линий нулей интенсивности, симметрично расположенных относительно центра, показана динамика формирования двух нулей интенсивности на двойном фокусном расстоянии: при увеличении расстояния между вертикальными линиями нулей интенсивности два оптических вихря формируются сначала на горизонтальной оси, потом сходятся в центр, а затем расходятся, но уже по вертикальной оси. Топологический заряд такого оптического вихря при любом расстоянии между линиями нулей равен – 2. Причем на любом расстоянии по оптической оси, кроме начальной плоскости. При изменении расстояния между линиями нулей интенсивности меняется орбитальный угловой момент пучка. Он может быть отрицательным, положительным и при определенном расстоянии между линиями нулей интенсивности орбитальный угловой момент может быть равен нулю. Показано также, что в случае неограниченного числа линий нулевой интенсивности формируется пучок с конечным орбитальным угловым моментом и с бесконечным топологическим зарядом.

Ключевые слова:
орбитальный угловой момент, топологический заряд, нули интенсивности, оптический вихрь.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003, параграфы «Комплексная амплитуда на двойном фокусном расстоянии» и «Орбитальный угловой момент», Российского научного фонда (грант 18-19-00595, параграф «Астигматический пучок cos-Гаусса»), а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (параграф «Моделирование»).

Цитирование:
Котляр, В.В. Астигматическое преобразование набора краевых дислокаций, внедренных в Гауссов пучок / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.Г. Налимов // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 2. – С. 190-199. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-849.

Citation:
Kotlyar VV, Kovalev AA, Nalimov AG. Astigmatic transformation of a set of edge dislocations embedded in a Gaussian beam. Computer Optics 2021; 45(2): 190-199. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-849.

Литература:
  1. Kotlyar, V.V. Vortex laser beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev. – CRC Press, 2018. – ISBN: 978-1-138-54211-2.
  2. Vasara, A. Realization of general nondiffracting beams with computer-generated holograms / A. Vasara, J. Turunen, A.T. Friberg // Journal of the Optical Society of America A. – 1989. – Vol. 6, Issue 11. – P. 1748-1754.
  3. Heckenberg, N.R. Generation of optical phase singularities by computer-generated holograms / N.R. Heckenberg, R. McDaff, C.P. Smith, A.G. White // Optics Letters. – 1992. – Vol. 17, Issue 3. – P. 221-223.
  4. Bazhenov, V.Yu. Screw dislocations in light wavefronts / V.Yu. Bazhenov, M.S. Soskin, M.V. Vasnetsov // Journal of Modern Optics. – 1992. – Vol. 39, Issue 5. – P. 985-990.
  5. Abramochkin, E. Beam transformation and nontransformed beams / E. Abramochkin, V. Volostnikov // Optics Communications. – 1991. – Vol. 83, Issues 1-2. – P. 123-135. – DOI: 10.1016/0030-4018(91)90534-K.
  6. Khonina, S.N. The phase rotor filter / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, G.V. Uspleniev, M.V. Shinkarev, V.A. Soifer // Journal of Modern Optics. – 1992. – Vol. 39, Issue 5. – P. 1147-1154. – DOI: 10.1080/09500349214551151.
  7. Beijersbergen, M.V. Helical-wavefront laser beams produced with a spiral phase plate / M.V. Beijersbergen, R.P.C. Coerwinkel, M. Kristensen, J.P. Woerdman // Optics Communications. – 1994. – Vol. 112, Issues 5-6. – P. 321-327.
  8. Fedotowsky, A. Optimal filter design for annular imaging / A. Fedotowsky, K. Lehovec // Applied Optics. – 1974. – Vol. 13, Issue 12. – P. 2919-2923.
  9. Khonina, S.N. Trochoson / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, M.V. Shinkaryev, G.V. Uspleniev // Optics Communications. – 1992. – Vol. 91, Issues 3-4. – P. 158-162. – DOI: 10.1016/0030-4018(92)90430-Y.
  10. Marrucci, L. Optical spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media / L. Marrucci, C. Manzo, D. Paparo // Physical Review Letters. – 2006. – Vol. 96, Issue 16. – 163905.
  11. Naik, D.N. Generation of singular optical beams from fundamental Gaussian beam using Sagnac interferometer / D.N. Naik, N.K. Viswanahan // Journal of Optics. – 2016. – Vol. 18, Issue 9. – 095601.
  12. Zhu, L. Arbitrary manipulation of spatial amplitude and phase using phase-only spatial light modulators / L. Zhu, J. Wang // Scientific Reports. – 2014. – Vol. 4. – P. 7441.
  13. Devlin, R.C. Arbitrary spin-to-orbital angular momentum conversion of light / R.C. Devlin, A. Ambrosio, A. Rubin, J.B. Mueller, F. Capasso // Science. – 2017. – Vol. 358. – P. 896-901.
  14. Miao, P. Orbital angular momentum microlaser / P. Miao, Z. Zhang, J. Sun, W. Walasik, S. Longhi, N.M. Litchintser, L. Feng // Science. – 2016. – Vol. 353. – P. 464-467.
  15. Vaity, P. Formation of optical vortices through superposition of two Gaussian beams / P. Vaity, A. Aadhi, R.P. Singh // Applied Optics. – 2013. – Vol. 52, Issue 27. – P. 6652-6656.
  16. Zhang, J. Circular polarization analyzer based on the combined coaxial Archimedes’ spiral structure / J. Zhang, Z. Guo, R. Li, W. Wang, A. Zhang, J. Liu, S. Qu, J. Gao // Plasmonics. – 2015. – Vol. 10, Issue 6. – P. 1256-1261.
  17. Zhang, J. Circular polarization analyzer based on an Archimedean nano-pinholes array / J. Zhang, Z. Guo, K. Zhou, L. Ran, L. Zhu, W. Wang, Y. Sun, F. Shen, J. Gao, S. Liu // Optics Express. – 2015. – Vol. 23, Issue 23. – P. 30523-30531.
  18. Zhan, H. Generation of acoustic vortex beams with designed Fermat’s spiral diffraction grating / H. Zhan, J. Li, K. Guo, Z. Guo // The Journal of the Acoustical Society of America. – 2019. – Vol. 146, Issue 6. – P. 4237-4243.
  19. Wang, H. Vortex beam generation with variable topological charge based on a spiral slit / H. Wang, L. Liu, C. Zhou, J. Xu, M. Zhang, S. Teng, Y. Cai // Nanophotonics. – 2019. – Vol. 8, Issue 2. – 214.
  20. Petrov, D.V. Vortex-edge dislocation interaction in a linear medium / D.V. Petrov // Optics Communications. – 2001. – Vol. 188, Issues 5-6. – P. 307-312.
  21. Petrov, D.V. Splitting of a an edge dislocation by an optical vortex / D.V. Petrov // Optical and Quantum Electronics. – 2002. – Vol. 34. – P. 759-773.
  22. He, D. Interaction of the vortex and edge dislocation embedded in a sosh-Gaussian beam / D. He, H. Yan, B. Lu // Optics Communications. – 2009. – Vol. 282, Issue 20. – P. 4035-4044.
  23. Chen, H. Splitting of an edge dislocation by a vortex emergent from a nonparaxial beam / H. Chen, W. Wang, Z. Gao, W. Li // Journal of the Optical Society of America B. – 2019. – Vol. 36, Issue 10. – P. 2804-2809.
  24. Kotlyar, V.V. Three different types of astigmatic Hermite-Gaussian beams with orbital angular momentum / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev, E.S. Kozlova // Journal of Optics. – 2019. – Vol. 21, Issue 11. – 115601. – DOI: 10.1088/2040-8986/ab42b5.
  25. Kotlyar, V.V. Vortex astigmatic Fourier-invariant Gaussian beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 2. – P. 657-666. – DOI: 10.1364/OE.27.000657.
  26. Courtial, J. Gaussian beams with very high orbital angular momentum / J. Courtial, K. Dholakia, L. Allen, M.J. Padgett // Optics Communications. – 1997. – Vol. 144, Issues 4-6. – P. 210-213.
  27. Kotlyar, V.V. Elliptic Gaussian optical vortices / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Physical Review A. – 2017. – Vol. 95. – 053805. – DOI: 10.1103/PhysRevA.95.053805.
  28. Lin, J. Cosine-Gauss plasmon beam: a localized long-range nondiffracting surface wave / J. Lin, J. Dellinger, P. Genevet, B. Cluzel, F. de Fornel, F. Capasso // Physical Review Letters. – 2012. – Vol. 109, Issue 9. – 093904.

© 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