(45-4) 02 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Оптические пучки с бесконечным числом вихрей
В.В. Котляр 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, 2104 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-858

Страницы: 490-496.

Аннотация:
При передаче данных с помощью вихревых лазерных пучков носителем информации может являться топологический заряд, теоретическое значение которого не ограничено. Однако, топологический заряд одного отдельного вихря ограничен возможностями его формирования. Поэтому в данной работе проанализированы пучки с неограниченным (счётным) множеством оптических вихрей. Суммарный топологический заряд таких пучков бесконечен. Центры сингулярности фазы (изолированные нули интенсивности) таких пучков, как правило, имеют единичный топологический заряд и расположены эквидистантно (или не эквидистантно) на прямой линии в поперечном сечении пучка. Такие пучки структурно устойчивые и при распространении в пространстве изменяются только масштабно и вращаются. Орбитальный угловой момент таких мультивихревых пучков конечный, так как только конечное число оптических вихрей попадает в область Гауссова пучка с заметной интенсивностью. Остальные центры сингулярности фазы находятся на периферии (и на бесконечности), где интенсивность почти нулевая.

Ключевые слова:
оптический вихрь, топологический заряд, структурно устойчивый пучок, мультивихревой пучок, орбитальный угловой момент.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003) в части «Гауссов пучок с вихревой косинусной функцией», Российского научного фонда (грант 18-19-00595) в части «Гауссов пучок с вихревой функцией Бесселя», а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в части «Структурно устойчивые Гауссовы пучки».

Цитирование:
Котляр, В.В. Оптические пучки с бесконечным числом вихрей / В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 4. – С. 490-496. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-858.

Citation:
Kotlyar VV. Optical beams with an infinite number of vortices. Computer Optics 2021; 45(4): 490-496. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-858.

Литература:
  1. Allen, L. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes / L. Allen, M.W. Beijersbergen, R.J.C. Spreeuw, J.P. Woerdman // Physical Review A. – 1992. – Vol. 45, Issue 11. – P. 8185-8189.
  2. Courtial, J. Gaussian beams with very high orbital angular momentum / J. Courtial, K. Dholakia, L. Allen, M.J. Padgett // Optics Communications. – 1997. – Vol. 144. – P. 210-213.
  3. Campbell, G. Generation of high-order optical vortices using directly machined spiral phase mirrors / G. Campbell, B. Hage, B. Buchler, P. Lam // Applied Optics. – 2012. – Vol. 51. – P. 873-876.
  4. Chen, Y. Generation and characterization of a perfect vortex beam with a large topological charge through a digital micromirror device / Y. Chen, Z. Fang, Y. Ren, L. Gong, R. Lu // Applied Optics. – 2015. – Vol. 54. – P. 8030-8035.
  5. Wang, C. Generation and measurement of high-order optical vortices by using the cross phase / C. Wang, Y. Ren, T. Liu, C. Luo, S. Qiu, Z. Li, H. Wu // Applied Optics. – 2020. – Vol. 59. – P. 4040-4047.
  6. Chen, D. High-order cylindrical vector beams with tunable topological charge up to 14 directly generated from a microchip laser with high beam quality and high efficiency / D. Chen, Y. Miao, H. Fu, H. He, J. Tong, J. Dong // APL Photonics. – 2019. – Vol. 4. – 106106.
  7. Kotlyar, V.V. Astigmatic transforms of an optical vortex for measurement of its topological charge / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Applied Optics. – 2017. – Vol. 56, Issue 14. – P. 4095-4104. – DOI: 10.1364/AO.56.004095.
  8. Kumar, P. Modified Mach-Zehnder interferometer for determining the high-order topological charge of Laguerre-Gaussian vortex beams / P. Kumar, N. Nishchal // Journal of the Optical Society of America A. – 2019. – Vol. 36. – P. 1447-1455.
  9. Li, Y. Measuring the topological charge of vortex beams with gradually changing-period spiral spoke grating / Y. Li, Y. Han, Z. Cui // IEEE Photonics Technology Letters. – 2020. – Vol. 32, Issue 2. – P. 101-104.
  10. Nape, I. Enhancing the modal purity of orbital angular momentum photons / I. Nape, B. Sephton, Y.-W. Huang, A. Vallés, C.-W. Qiu, A. Ambrosio, F. Capasso, A. Forbes // APL Photonics. – 2020. – Vol. 5. – 070802.
  11. Hong, S. Hollow silica photonic crystal fiber guiding 101 orbital angular momentum modes without phase distortion in C+ L band / S. Hong, Y.S. Lee, H. Choi, C. Quan, Y. Li, S. Kim, K. Oh // Journal of Lightwave Technology. – 2020. – Vol. 38, Issue 5. – P. 1010-1018.
  12. Fickler, R. Quantum entanglement of angular momentum states with quantum numbers up to 10010 / R. Fickler, G. Campbell, B. Buchler, P.K. Lam, A. Zeilinger // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. – 2016. – Vol. 113, Issue 48. – P. 13642-13647.
  13. Serna, J. Orbital angular momentum of partially coherent beams / J. Serna, J. Movilla // Optics Letters. – 2001. – Vol. 26. – P. 405-407.
  14. 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.
  15. Indebetouw, G. Optical Vortices and Their Propagation / G. Indebetouw // Journal of Modern Optics. – 1993. – Vol. 40, Issue 1. – P. 73-87.
  16. Abramochkin, E.G. Spiral-type beams: optical and quantum aspects / E.G. Abramochkin, V.G. Volostnikov // Optics Communications. – 1996. – Vol. 125, Issues 4-6. – P. 302-323.
  17. Абрамочкин, Е.Г. Современная оптика гауссовых пучков / Е.Г. Абрамочкин, В.Г. Волостников. – Москва: Физматлит, 2010.
  18. Siegman, A.E. Lasers / A.E. Siegman. – University Science, 1986.
  19. 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.
  20. Прудников, А.П. Интегралы и ряды. Специальные функции / А.П. Прудников, Ю.А. Брычков, О.И. Маричев – М.: Наука, 1983.

© 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