(45-4) 06 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Орбитальный поток энергии и поток спина в остром фокусе
С.С. Стафеев 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, 861 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-867

Страницы: 520-524.

Аннотация:
В работе показано, что обратный поток энергии (отрицательная проекция на оптическую ось вектора Пойнтинга) в остром фокусе оптического вихря с топологическим зарядом 2 и левой круговой поляризацией возникает потому, что осевой поток спина имеет отрицательную проекцию на оптическую ось и больше по величине, чем положительная проекция на оптическую ось орбитального потока энергии (канонического потока энергии). Также с помощью формул Ричардса–Вольфа показано, что в области обратного потока энергии на оптической оси имеет место правая круговая поляризация света, хотя фокусируется свет с левой круговой поляризацией.

Ключевые слова:
орбитальный поток энергии, поток спина, острая фокусировка, обратный поток энергии, оптический вихрь.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 18-19-00595) в части моделирования, Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003) в теоретической части и Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН.

Цитирование:
Стафеев, С.С. Орбитальный поток энергии и поток спина в остром фокусе / С.С. Стафеев // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 4. – С. 520-524. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-867.

Citation:
Stafeev SS. An orbital energy flow and a spin flow at the tight focus. Computer Optics 2021; 45(4): 520-524. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-867.

Литература:
  1. Ignatovsky, V.S. Diffraction by a lens having arbitrary opening / V.S. Ignatovsky // Transactions of the Optical Institute in Petrograd. – 1920. – Vol. 1. – P. 4.
  2. Richards, B. Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic system / B. Richards, E. Wolf // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical Physical Engineering Sciences. – 1959. – Vol. 253, Issue 1274. – P. 358-379.
  3. Karman, G.P. Creation and annihilation of phase singularities in a focal field / G.P. Karman, M.W. Beijersbergen, A. van Duijl, J.P. Woerdman // Optics Letters. – 1997. – Vol. 22, Issue 19. – P. 1503-1505.
  4. Berry, M.V. Wave dislocation reactions in non-paraxial gaussian beams / M.V. Berry // Journal of Modern Optics. – 1998. – Vol. 45, Issue 9. – P. 1845-1858.
  5. Vasnetsov, M.V. Wavefront motion in the vicinity of a phase dislocation: “optical vortex” / M.V. Vasnetsov, V.N. Gorshkov, I.G. Marienko, M.S. Soskin // Optics and Spectroscopy. – 2000. – Vol. 88, Issue 2. – P. 260-265.
  6. Volyar, A.V. Nonparaxial gaussian beams: 1. Vector fields / A.V. Volyar // Technical Physics Letters. – 2000. – Vol. 26, Issue 7. – P. 573-575.
  7. Volyar, A.V. Structure of a nonparaxial gaussian beam near the focus: III. Stability, eigenmodes, and vortices / A.V. Volyar, V.G. Shvedov, T.A. Fadeeva // Optics and Spectroscopy. – 2001. – Vol. 91, Issue 2. – P. 235-245.
  8. Novitsky, A.V. Negative propagation of vector Bessel beams / A.V. Novitsky, D.V. Novitsky // Journal of the Optical Society of America A. – 2007. – Vol. 24, Issue 9. – P. 2844-2849.
  9. Salem, M.A. Energy flow characteristics of vector X-Waves / M.A. Salem, H. Bağcı // Optics Express. – 2011. – Vol. 19, Issue 9. – P. 8526-8532.
  10. Vaveliuk, P. Negative propagation effect in nonparaxial Airy beams / P. Vaveliuk, O. Martinez-Matos // Optics Express. – 2012. – Vol. 20, Issue 24. – P. 26913-26921.
  11. Mitri, F.G. Reverse propagation and negative angular momentum density flux of an optical nondiffracting nonparaxial fractional Bessel vortex beam of progressive waves / F.G. Mitri // Journal of the Optical Society of America A. – 2016. – Vol. 33, Issue 9. – P. 1661-1667.
  12. Kotlyar, V.V. Energy density and energy flux in the focus of an optical vortex: reverse flux of light energy / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.G. Nalimov // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 12. – P. 2921-2924. – DOI: 10.1364/OL.43.002921.
  13. Kotlyar, V.V. Energy backflow in the focus of a light beam with phase or polarization singularity / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, A.G. Nalimov // Physical Review A. – 2019. – Vol. 99, Issue 3. – 033840. – DOI: 10.1103/PhysRevA.99.033840.
  14. Kotlyar, V.V. Mechanism of formation of an inverse energy flow in a sharp focus / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, A.G. Nalimov, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Phys. Rev. A – 2020. – Vol. 101, Issue 3. – 033811. – DOI: 10.1103/PhysRevA.101.033811.
  15. Bekshaev, A.Y. Transverse energy flows in vectorial fields of paraxial beams with singularities / A.Y. Bekshaev, M.S. Soskin // Optics Communications. – 2007. – Vol. 271, Issue 2. – P. 332-348.
  16. Bekshaev, A.Y. Subwavelength particles in an inhomogeneous light field: optical forces associated with the spin and orbital energy flows / A.Y. Bekshaev // Journal of Optics. – 2013. – Vol. 15, Issue 4. – 044004.
  17. Bliokh, K.Y. Angular momenta and spin-orbit interaction of nonparaxial light in free space / K.Y. Bliokh, M.A. Alonso, E.A. Ostrovskaya, A. Aiello // Physical Review A. – 2010. – Vol. 82, Issue 6. – 063825.
  18. Berry, M.V. Optical currents / M.V. Berry // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2009. – Vol. 11, Issue 9. – 094001.
  19. Bliokh, K.Y. Extraordinary momentum and spin in evanescent waves / K.Y. Bliokh, A.Y. Bekshaev, F. Nori // Nature Communications. – 2014. – Vol. 5, Issue 1. – 3300.
  20. Налимов, А.Г. Инверсия продольной составляющей спинового углового момента в фокусе оптического вихря с круговой поляризацией / А.Г. Налимов, Е.С. Козлова // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 5. – С. 699-706. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-761.

© 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