(45-5) 07 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Минимальное субволновое фокусное пятно по потоку энергии
С.С. Стафеев 1,2, В.Д. Зайцев 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, 855 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-908

Страницы: 685-691.

Аннотация:
Теоретически и численно показано, что распределение осевого потока энергии в остром фокусе света с круговой и линейной поляризацией одинаковые и обладают круговой симметрией. Также показано, что равны осевые потоки энергии для оптических вихрей с единичным топологическим зарядом и с радиальной или азимутальной поляризацией. Минимальный диаметр (при прочих равных условиях) имеет фокусное пятно, измеренное по интенсивности для оптического вихря с азимутальной поляризацией. Немного больше (на доли процента) диаметр фокусного пятна, рассчитанного по потоку энергии для света с круговой или линейной поляризацией. Величина диаметра по интенсивности играет роль при взаимодействии света с веществом, а величина диаметра по потоку энергии влияет на разрешение в оптической микроскопии.

Ключевые слова:
острая фокусировка, формулы Ричардса–Вольфа, поток энергии, радиальная поляризация, азимутальная поляризация, оптический вихрь.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 18-19-00595) в части «Моделирование», Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003) в части «Фокусировка света с круговой поляризацией», а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в части «Фокусировка света с радиальной поляризацией».

Цитирование:
Стафеев, С.С. Минимальное субволновое фокусное пятно по потоку энергии / С.С. Стафеев, В.Д. Зайцев // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 5. – С. 685-691. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-908.

Citation:
Stafeev SS, Zaicev VD. A minimal subwavelength focal spot for the energy flux. Computer Optics 2021; 45(5): 685-691. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-908.

Литература:
  1. Dorn, R. Sharper focus for a radially polarized light beam / R. Dorn, S. Quabis, G. Leuchs // Physical Review Letters. – 2003. – Vol. 91, Issue 23. – 233901.
  2. Chong, C.T. Creation of a needle of longitudinally polarized light in vacuum using binary optics / C.T. Chong, C. Sheppard, H. Wang, L. Shi, B. Lukyanchuk // Nature Photonics. – 2008. – Vol. 2, Issue 8. – P. 501-505.
  3. Kitamura, K. Sub-wavelength focal spot with long depth of focus generated by radially polarized, narrow-width annular beam / K. Kitamura, K. Sakai, S. Noda // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, Issue 5. – P. 4518-4525.
  4. Yu, A. Creation of sub-diffraction longitudinally polarized spot by focusing radially polarized light with binary phase lens / A. Yu, G. Chen, Z. Zhang, Z. Wen, L. Dai, K. Zhang, S. Jiang, Z. Wu, Y. Li, C. Wang, X. Luo // Scientific Reports. – 2016. – Vol. 6, Issue 1. – 38859.
  5. Prabakaran, K. Generation of sub wavelength focal spot with large depth of focus generated by radially polarized beam / K. Prabakaran, K.B. Rajesh // Optik. – 2014. – Vol. 125, Issue 23. – P. 7013-7015.
  6. Prabakaran, K. Creation of sub wavelength focal spot segment using longitudinally polarized multi Gaussian beam / K. Prabakaran, K.B. Rajesh, V. Hariharan, V. Aroulmoji, P.M. Anbarasan, A.M. Musthafa // International Journal of Advanced Science and Engineering. – 2016. – Vol. 2, Issue 4. – P. 172-175.
  7. Nie, Z. Tight focusing of a radially polarized Laguerre–Bessel–Gaussian beam and its application to manipulation of two types of particles / Z. Nie, G. Shi, D. Li, X. Zhang, Y. Wang, Y. Song // Physics Letters A. – 2015. – Vol. 379, Issue 9. – P. 857-863.
  8. Chang, K.-H. Efficient modulation of subwavelength focusing via meta-aperture-based plasmonic lens for multifunction applications / K.-H. Chang, Y.-C. Chen, W.-H. Chang, P.-T. Lee // Scientific Reports. – 2018. – Vol. 8, Issue 1. – 13648.
  9. Kozawa, Y. Superresolution imaging via superoscillation focusing of a radially polarized beam / Y. Kozawa, D. Matsunaga, S. Sato // Optica. – 2018. – Vol. 5, Issue 2. – P. 86-92.
  10. Grosjean, T. Smallest focal spots / T. Grosjean, D. Courjon // Optics Communications. – 2007. – Vol. 272, Issue 2. – P. 314-319.
  11. Kotlyar, V.V. Analysis of the shape of a subwavelength focal spot for the linearly polarized light / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, Y. Liu, L. O’Faolain, A.A. Kovalev // Applied Optics. – 2013. – Vol. 52, Issue 3. – P. 330-339. – DOI: 10.1364/AO.52.000330.
  12. Stafeev, S.S. Microlens-aided focusing of linearly and azimuthally polarized laser light / S.S. Stafeev, A.G. Nalimov, M.V. Kotlyar, D. Gibson, S. Song, L. O’Faolain, V.V. Kotlyar // Optics Express. – 2016. – Vol. 24, Issue 26. – P. 29800-29813. – DOI: 10.1364/OE.24.029800.
  13. Kotlyar, V.V. Subwavelength grating-based spiral metalens for tight focusing of laser light / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, A.G. Nalimov, L. O’Faolain // Applied Physics Letters. – 2019. – Vol. 114, Issue 14. – 141107. – DOI: 10.1063/1.5092760.
  14. 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 of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. – 1959. – Vol. 253, Issue 1274. – P. 358-379.
  15. Котляр, В.В. Острая фокусировка светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностью произвольного порядка / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.А. Ковалёв // Компьютерная оптика – 2019. – Т. 43, № 3. – С. 337-346. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-337-346.
  16. Kotlyar, V.V. Exploiting the circular polarization of light to obtain a spiral energy flow at the subwavelength focus / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev // Journal of the Optical Society of America B. – 2019. – Vol. 36, Issue 10. – P. 2850-2855. – DOI: 10.1364/JOSAB.36.002850.
  17. Youngworth, K.S. Focusing of high numerical aperture cylindrical-vector beams / K.S. Youngworth, T.G. Brown // Optics Express. – 2000. – Vol. 7, Issue 2. – P. 77-87.
  18. Kotlyar, V.V. Reverse and toroidal flux of light fields with both phase and polarization higher-order singularities in the sharp focus area / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, A.A. Kovalev // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 12. – P. 16689-16702. – DOI: 10.1364/OE.27.016689.

© 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