(45-6) 02 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Фокусировка векторного поля с С-линиями поляризационной сингулярности
В.В. Котляр 1,2, С.С. Стафеев 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, 3342 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-903

Страницы: 800-808.

Аннотация:
Рассмотрена острая фокусировка начального гибридного векторного светового поля n-го порядка, имеющего n С-линий (линий, на которых поляризация круговая). С помощью комплексного поля Стокса показано, что индекс поляризационной сингулярности такого поля равен n/2. Показано, что индекс сингулярности начального поля не сохраняется в плоскости фокуса. Получены аналитические выражения для интенсивности и компонент вектора Стокса в плоскости фокуса. Теоретически и численно показано, что при четном порядке поля n=2p в фокусе картина интенсивности обладает симметрией и вместо С-линий формируются С-точки, вокруг которых вращаются оси эллипсов поляризации. При n=4 в фокусе имеются С-точки c индексами сингулярности 1/2 и с топологией типа «лимон». Вокруг таких точек поверхность, которую образуют эллипсы поляризации в трехмерном пространстве, имеет топологию листа Мебиуса. При нечетном порядке начального поля n=2p+1 в фокусе картина интенсивности не имеет симметрии и поле становится только векторным (нет эллиптической поляризации) с V-точками, вокруг которых вращаются векторы линейной поляризации.

Ключевые слова:
световой пучок с неоднородной эллиптической поляризацией, топологический заряд, поляризационная сингулярность, С-точки, С-линии.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003) в части «Начальное векторное поле с точками поляризационной сингулярности», Российского научного фонда (грант 18-19-00595) в части «Векторное поле с точками поляризационной сингулярности в плоскости острого фокуса», а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в части «Моделирование».

Цитирование:
Котляр, В.В. Фокусировка векторного поля с С-линиями поляризационной сингулярности / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.Г. Налимов // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 6. – С. 800-808. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-903.

Citation:
Kotlyar VV, Stafeev SS, Nalimov AG. Focusing of a vector beam with C-lines of polarization singularity. Computer Optics 2021; 45(6): 800-808. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-903.

Литература:
  1. Nye, J.F. Polarization effects in the diffraction of electromagnetic waves: the role of disclinations / J.F. Nye // Proceedings of the Royal Society of London: Series A, Mathematical and Physical Sciences. – 1983. – Vol. 387, Issue 1792. – P. 105-132.
  2. Nye, J.F. Dislocations in wave trains / J.F. Nye, M.V. Berry // Proceedings of the Royal Society A. – 1974. – Vol. 336, Issue 1605. – P. 165-190.
  3. Freund, I. Polarization singularity indices in Gaussian laser beams / I. Freund // Optics Communications. – 2002. – Vol. 201. – P. 251-270.
  4. Zhan, Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications / Q. Zhan // Advances in Optics and Photonics. – 2009. – Vol. 1. – P. 1-57.
  5. Wang, X. Generation of arbitrary vector beams with a spatial light modulator and a common path interferometric arrangement / X. Wang, J. Ding, W. Ni, C. Guo, H. Wang // Optics Letters. – 2007. – Vol. 32, Issue 24. – P. 3549-3551.
  6. Naidoo, D. Controlled generation of higher-order Poincaré sphere beams from a laser / D. Naidoo, F.S. Roux, A. Dudley, I. Litvin, B. Piccirillo, L. Marrucci // Nature Photonics. – 2016. – Vol. 10. – P. 327-333.
  7. Marrucci, L. Orbital spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media / L. Marrucci, C. Manzo, D. Paparo // Physical Review Letters. – 2006. – Vol. 96. – 163905.
  8. Bomzon, Z. Radially and azimuthally polarized beams generated by space-variant dielectric subwavelength gratings / Z. Bomzon, G. Biener, V. Kleiner, E. Hasman // Optics Letters. – 2002. – Vol. 27, Issue 5. – P. 285-287.
  9. Kotlyar, V.V. Subwavelength grating-based metalens for 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.
  10. Ren, Z. Polarization interferometric prism: A versatile tool for generation of vector fields, measurement of topological charges, and implementation of a spin-orbit Controlled-Not gate / Z. Ren, Z. Chen, X. Wang, J. Ding, H. Wang // Applied Physics Letters. – 2021. – Vol. 118. – 011105.
  11. Kumar, V. Topological structures in the Poynting vector field: an experimental realization / V. Kumar, N.K. Viswanathan // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38, Issue 19. – P. 3886-3889.
  12. Berry, MV. 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.
  13. Борн, М. Основы оптики / M. Борн, Э. Вольф. – М.: Наука, 1973. – 720 с.
  14. Arora, G. Detection of degenerate Stokes index states / G. Arora, S. Deepa, S.N. Khan, P. Senthilkumaran // Scientific Reports. – 2020. – Vol. 10. – 20759.
  15. Arora, G. Hybrid order Poincaré spheres for Stoks singularities / G. Arora, Ruchi, P. Senthilkumaran // Optics Letters. – 2020. – Vol. 45. – P. 5136-5139.
  16. Vyas, S. Polarization singularities in superposition of vector beams / S. Vyas, Y. Kozawa, S. Sato // Optics Express. –2013. – Vol. 21, Issue 7. – P. 8972-8986.
  17. Fadeyeva, T.A. Spatially engineered polarization states and optical vortices in uniaxial crystals / T.A. Fadeyeva, V.G. Shvedov, Y.V. Izdebskaya, A.V. Volyar, E. Brasselet, D.N. Neshev, A.S. Desyatnikov, W. Krolikowski, Y.S. Kivshar // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, Issue 10. – P. 10848-10863.
  18. 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. – 1959. – Vol. 253, Issue 1274. – P. 358-379.
  19. Prudnikov, A.P. Integrals and series. Volume 2: Special functions / A.P. Prudnikov, Y.A. Brychkov, O.I. Marichev. – New York: Gordon and Breach, 1986.
  20. Котляр, В.В. Острая фокусировка светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностью произвольного порядка / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.А. Ковалев // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 3. – С. 337-346. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-337-346.
  21. Kotlyar, V.V. Inversion of the axial projection of the spin angular momentum in the region of the backward energy flow in sharp focus / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev // Optics Express. – 2020. – Vol. 28, Issue 23. – P. 33830-33839. – DOI: 10.1364/OE.401182.
  22. Kotlyar, V.V. Converting an array of edge dislocations into a multivortex beam / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev // Journal of the Optical Society of America A. – 2021. – Vol. 38, Issue 5. – P. 719-726. – DOI: 10.1364/JOSAA.420963.
  23. Bauer, T. Optical polarization möbius strips and points of purely transverse spin density / T. Bauer, M. Neugebauer, G. Leuchs, P. Banzer // Physics Review Letters. – 2016. – Vol. 117. – 013601.
  24. Bauer, T. Observation of optical polarization Möbius strips / T. Bauer, P. Banser, E. Karimi, S. Orlov, A. Rubano, L. Marrucci, E. Santamato, R.W. Boyd, G. Leuchs // Science. – 2015. – Vol. 347, Issue 6225. – P. 964-966.
  25. Kotlyar, V.V. Spin-orbit and orbit-spin conversion in the sharp focus of laser light: Theory and experiment / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev, S.S. Stafeev // Physical Review A. – 2020. – Vol. 102, Issue 3. – 033502. – DOI: 10.1103/PhysRevA.102.033502.

© 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