(45-2) 07 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Исследование особенностей фокусировки вихревых супергауссовых пучков при изменении высоты дифракционного аксикона
Д.А. Савельев 1,2

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

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

 PDF, 2618 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-862

Страницы: 214-221.

Аннотация:
В данной работе исследуется пространственное распределение интенсивности мод Лагерра–супергаусса (1,0), а также супергауссова пучка с радиальной и круговой поляризацией в зависимости от изменения высоты дифракционного аксикона. Высота рельефа оптического элемента менялась от четверти до трех длин волн. Моделирование методом конечных разностей во временной области показало, что изменение высоты дифракционного аксикона существенным образом влияет на дифракционную картину в ближней зоне аксикона. Наименьший размер фокального пятна для супергауссова пучка был получен для радиальной поляризации при высоте, равной двум длинам волн. Минимальный размер фокального пятна для моды Лагерра–супергаусса (1,0) получен для круговой «–» поляризации при высоте элемента, равной четверти длины волны.

Ключевые слова:
острая фокусировка, FDTD, супергауссов пучок, моды Лагерра–супергаусса (1,0), дифракционный аксикон.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 20-72-00051) в частях «Исследование дифракции супергауссова пучка при изменении высоты аксикона», «Исследование дифракции мод Лагерра–супергаусса (1,0) при изменении высоты аксикона», «Заключение», Министерства науки и высшего образования в рамках выполнения Государственного задания (проект № 0777-2020-0017) в части «Прохождение супергауссовых пучков через бинарный дифракционный аксикон», а также в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (соглашение № 007-ГЗ/Ч3363/26) в части «Введение».

Цитирование:
Савельев, Д.А. Исследование особенностей фокусировки вихревых супергауссовых пучков при изменении высоты дифракционного аксикона / Д.А. Савельев // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 2. – С. 214-221. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-862.

Citation:
Savelyev DA. The investigation of the features of focusing vortex super-Gaussian beams with a variable-height diffractive axicon. Computer Optics 2021; 45(2): 214-221. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-862.

Литература:
  1. Хонина, С.Н. Дифракция на бинарных микроаксиконах в ближней зоне / С.Н. Хонина, Д.А. Савельев, П.Г. Серафимович, И.А. Пустовой // Оптический журнал. – 2012. – Т. 79, № 10. – С. 12-29.
  2. McLeod, J.H. The axicon: a new type of optical element / J.H. McLeod // Journal of the Optical Society of America. – 1954. – Vol. 44, Issue 8. – P. 592-597. – DOI: 10.1364/JOSA.44.000592.
  3. Khonina, S.N. Dynamic focal shift and extending depth of focus based on the masking of the illuminating beam and using an adjustable axicon / S.N. Khonina, A.V. Ustinov, A.P. Porfirev // Journal of the Optical Society of America A. – 2019. – Vol. 36, Issue 6. – P. 1039-1047. – DOI: 10.1364/JOSAA.36.001039.
  4. Liu, X. Cemented doublet lens with an extended focal depth / X. Liu, X. Cai, S. Chang, C.P. Grover // Optics Express. – 2005. – Vol. 13, Issue 2. – P. 552-557. – DOI: 10.1364/OPEX.13.000552.
  5. Fortin, M. Optical tests with Bessel beam interferometry / M. Fortin, M. Piché, E.F. Borra // Optics Express. – 2004. – Vol. 2, Issue 24. – P. 5887-5895. – DOI: 10.1364/OPEX.12.005887.
  6. Wang, K. Influence of the incident wave-front on intensity distribution of the nondiffracting beam used in large-scale measurement / K. Wang, L. Zeng, Ch. Yin // Optics Communications. – 2003. – Vol. 216, Issues 1-3. – P. 99-103. – DOI: 10.1016/S0030-4018(02)02307-6.
  7. Shao, B. Size tunable three-dimensional annular laser trap based on axicons / B. Shao, S.C. Esener, J.M. Nascimento, M.W. Berns, E.L. Botvinick, M. Ozkan // Optics Letters. – 2006. – Vol. 31, Issue 22. – P. 3375-3377. – DOI: 10.1364/OL.31.003375.
  8. Shao, B. Dynamically adjustable annular laser trapping based on axicons / B. Shao, S.C. Esener, J.M. Nascimento, E.L. Botvinick, M.W. Berns // Applied Optics. – 2006. – Vol. 45, Issue 25. – P. 6421-6428. – DOI: 10.1364/AO.45.006421.
  9. Saadati-Sharafeh, F. The superposition of the Bessel and mirrored Bessel beams and investigation of their self-healing characteristic / F. Saadati-Sharafeh, A. Borhanifar, A.P. Porfirev, P. Amiri, E.A. Akhlaghi, S.N. Khonina, Y. Azizian-Kalandaragh // Optik. – 2020. – Vol. 208. – 164057 (6 p). – DOI: 10.1016/j.ijleo.2019.164057.
  10. Khonina, S. Focused, evanescent, hollow, and collimated beams formed by microaxicons with different conical angles / S. Khonina, S. Degtyarev, D. Savelyev, A. Ustinov // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, Issue 16. – P. 19052-19064. – DOI: 10.1364/OE.25.019052.
  11. Kalosha, V.P. Toward the subdiffraction focusing limit of optical superresolution / V.P. Kalosha, I. Golub // Optics Letters. – 2007. – Vol. 32, Issue 24. – P. 3540-3542. – DOI: 10.1364/OL.32.003540.
  12. Kharitonov, S.I. Caustics of the vortex beams generated by vortex lenses and vortex axicons / S.I. Kharitonov, S.N. Khonina, S.G. Volotovskiy, N.L. Kazanskiy // Journal of the Optical Society of America A. – 2020. – Vol. 37, Issue 3. – P. 476-482. – DOI: 10.1364/JOSAA.382361.
  13. Soifer, V.A. Spiral caustics of vortex beams / V.A. Soifer, S.I. Kharitonov, S.N. Khonina, Y.S. Strelkov, A.P. Porfirev // Photonics. – 2021. – Vol. 8, Issue 1. – 24 (20 p). – DOI: 10.3390/photonics8010024.
  14. Сойфер, В.А. Каустики вихревых оптических пучков / В.А. Сойфер, С.И. Харитонов, С.Н. Хонина, С.Г. Волотовский // Доклады Академии наук. – 2019. – Т. 487, № 2. – С. 135-139. – DOI: 10.31857/S0869-56524872135-139.
  15. Khonina, S.N. Analysis of the formation of a longitudinally polarized optical needle by a lens and axicon under tightly focused conditions / S.N. Khonina, S.A. Degtyarev // Journal of Optical Technology. – 2016. – Vol. 83, Issue 4. – P. 197-205. – DOI: 10.1364/JOT.83.000197.
  16. Vahimaa, P. Electromagnetic analysis of nonparaxial Bessel beams generated by diffractive axicons / P. Vahimaa, V. Kettunen, M. Kuittinen, J. Turunen, A.T. Friberg // Journal of the Optical Society of America A. – 1997. – Vol. 14, Issue 8. – P. 1817-1824. – DOI: 10.1364/JOSAA.14.001817.
  17. Degtyarev, S. Metasurfaces with continuous ridges for inverse energy flux generation / S. Degtyarev, D. Savelyev, S. Khonina, N. Kazanskiy // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 11. – P. 15129-15135. – DOI: 10.1364/OE.27.015129.
  18. Устинов, А.В. Анализ дифракции лазерного излучения на аксиконе с числовой апертурой выше предельной/ А.В. Устинов, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 2. – С. 213-222. – DOI: 10.18287/0134-2452-2014-38-2-213-222.
  19. Lalanne, P. On the effective medium theory of subwavelength periodic structures / P. Lalanne, D. Lemercier-Lalanne // Journal of Modern Optics. – 1996. – Vol. 43, Issue 10. – P. 2063-2085. – DOI: 10.1080/09500349608232871.
  20. Хонина, С.Н. Высокоапертурные бинарные аксиконы для формирования продольной компоненты электрического поля на оптической оси при линейной и круговой поляризациях освещающего пучка / С.Н. Хонина, Д.А. Савельев // ЖЭТФ. – 2013. – Т. 144, № 4. – С. 718-726. – DOI: 10.7868/S0044451013100039.
  21. Pryamikov, A. Light transport and vortex-supported wave-guiding in micro-structured optical fibres / A. Pryamikov, G. Alagashev, G. Falkovich, S. Turitsyn // Scientific Reports. – 2020. – Vol. 10, Issue 1. – P. 1-12. – DOI: 10.1038/s41598-020-59508-z.
  22. 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, Issue 8. – 083605. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.083605.
  23. Li, S. Efficient optical angular momentum manipulation for compact multiplexing and demultiplexing using a dielectric metasurface / S. Li, X. Li, L. Zhang, G. Wang, L. Wang, M. Liu, C. Zeng, L. Wang, Q. Sun, W. Zhao, W. Zhang // Advanced Optical Materials. – 2020. – Vol. 8, Issue 8. – 1901666. – DOI: 10.1002/adom.201901666.
  24. Khonina, S.N. Generation of cylindrical vector beams of high orders using uniaxial crystals / S.N. Khonina, S.V. Karpeev, S.V. Alferov, V.A. Soifer // Journal of Optics. – 2015. – Vol. 17, Issue 6. – 065001. – DOI: 10.1088/2040-8978/17/6/065001.
  25. Khonina, S.N. Analysis of polarisation states at sharp focusing / S.N. Khonina, D.A. Savelyev, N.L. Kazanskiy // Optik. – 2016. – Vol. 127, Issue 6. – P. 3372-3378. – DOI: 10.1016/j.ijleo.2015.12.108.
  26. Khonina, S.N. Strengthening the longitudinal component of the sharply focused electric field by means of higher-order laser beams / S.N. Khonina, S.V. Alferov, S.V. Karpeev // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38, Issue 17. – P. 3223-3226. – DOI: 10.1364/OL.38.003223.
  27. Palma, C. Propagation of super-Gaussian beams / C. Palma, V. Bagini // Optics Communications. – 1994. – Vol. 111, Issues 1-2. – P. 6-10. – DOI: 10.1016/0030-4018(94)90130-9.
  28. Ding, X.Y. Shaping super-Gaussian beam through digital micro-mirror device / X.Y. Ding, Y.X. Ren, R.D. Lu // Science China: Physics, Mechanics & Astronomy. – 2015. – Vol. 58, Issue 3. – P. 1-6. – DOI: 10.1007/s11433-014-5499-9.
  29. Савельев, Д.А. Особенности острой фокусировки вихревых пучков Гаусса–Лагерра / Д.А. Савельев, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 5. – C. 654-662. – DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-5-654-662.

© 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