(46-2) 04 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Орбитальный угловой момент суперпозиций оптических вихрей после прохождения через секторную диафрагму
А.A. Ковалёв 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, 1004 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1072

Страницы: 196-203.

Аннотация:
В оптических коммуникациях желательно знать величины, описывающие световое поле, которые сохраняются при распространении в пространстве и обладают сопротивлением к некоторым искажениям. Как правило, оптические вихревые пучки характеризуются орбитальным угловым моментом и/или топологическим зарядом. В данной работе исследуется, что происходит с орбитальным угловым моментом суперпозиции двух или нескольких оптических вихрей (с разным топологическим зарядом), когда она искажается секторной диафрагмой. Обнаружено несколько случаев, когда искажение пучка не нарушает общий орбитальный угловой момент всей суперпозиции. Первый случай – это когда освещающий пучок состоит из двух вихрей одинаковой мощности. Второй случай – когда полуугол секторной апертуры равен целому числу, умноженному на π и делённому на разность топологических зарядов. Для более чем двух освещающих пучков этот угол равен целому числу, умноженному на (pi) и делённому на наибольший общий делитель всех возможных разностей топологических зарядов. Для двух освещающих вихревых пучков с вещественной радиальной составляющей комплексной амплитуды орбитальный угловй момент также сохраняется, если между пучками есть разность фаз ±(pi)/2. Также показано, что общий орбитальный угловой момент сохраняется при прохождении двух пучков одинаковой мощности через бинарную радиальную решётку.

Ключевые слова:
секторная диафрагма, орбитальный угловой момент, оптический вихрь, суперпозиция.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 18-19-00595) в части «Постановка задачи», за счет гранта Самарскому университету на реализацию программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030 в части «Топологический заряд пучка в дальней зоне при начальном ТЗ 3<(mu)<4», а также при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в части «Топологический заряд пучка в дальней зоне при начальном ТЗ 2<(mu)<3».

Цитирование:
Ковалёв, А.А. Орбитальный угловой момент суперпозиций оптических вихрей после прохождения через секторную диафрагму / А.А. Ковалёв // Компьютерная оптика. – 2022. – Т. 46, № 2. – С. 196-203. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1072.

Citation:
Kovalev AA. Orbital angular momentum of superpositions of optical vortices after passing through a sector diaphragm. Computer Optics 2022; 46(2): 196-203. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1072.

References:
  1. Bouchal Z, Wagner J, Chlup M. Self-reconstruction of a distorted nondiffracting beam. Opt Commun 1998; 151(4-6): 207-211.
  2. Pinnell J, Rodríguez-Fajardo V, Forbes A, Chabou S, Mihoubi K, Bencheikh A. Revealing the modal content of obstructed beams. Phys Rev A 2020; 102(3): 033524.
  3. Arrizon V, Mellado-Villaseñor G, Aguirre-Olivas D, Moya-Cessa H. Mathematical and diffractive modeling of self-healing. Opt Express 2018; 26: 12219-12229.
  4. Zambale N, Doblado G, Hermosa N. OAM beams from incomplete computer generated holograms projected onto a DMD. J Opt Soc Am B 2017; 34: 1905-1911.
  5. Zhang Y, Chen MLN, Jiang L. Extraction of the characteristics of vortex beams with a partial receiving aperture at arbitrary locations. J Opt 2021; 23(8): 085601.
  6. Zheng S, Hui X, Zhu J, Chi H, Jin X, Yu S, Zhang X. Orbital angular momentum mode-demultiplexing scheme with partial angular receiving aperture. Opt Express 2015; 23: 12251-12257.
  7. Volyar AV, Bretsko MV, Akimova YaE, Egorov YuA. Orbital angular momentum and informational entropy in perturbed vortex beams. Opt Lett 2019; 44: 5687-5690.
  8. Volyar A, Akimova Y. Structural stability of spiral vortex beams to sector perturbations. Appl Opt 2021; 60: 8865-8874.
  9. Socratovich B. Fresnel diffraction from sector apertures. Opt Express 2021; 29: 30419-30425.
  10. Franke-Arnold S, Barnett SM, Yao E, Leach J, Courtial J, Padgett M. Uncertainty principle for angular position and angular momentum. New J Phys 2004; 6: 103.
  11. Yao E, Franke-Arnold S, Courtial J, Barnett S, Padgett M. Fourier relationship between angular position and optical orbital angular momentum. Opt Express 2006; 14(20): 9071-9076.
  12. Berry MV, Jeffrey MR, Mansuripur M. Orbital and spin angular momentum in conical diffraction. J Opt A: Pure Appl Opt 2005; 7: 685-690.
  13. Kotlyar VV, Kovalev AA. Optical vortex beams with a symmetric and almost symmetric OAM spectrum. J Opt Soc Am A 2021; 38(9): 1276-1283. DOI: 10.1364/JOSAA.432623.
  14. Siegman AE. Lasers. Mill Valley, CA: University Science Books; 1986.
  15. Gori F, Guattari G, Padovani C. Bessel-Gauss beams. Opt Commun 1987; 64(6): 491-495.
  16. Kotlyar VV, Skidanov RV, Khonina SN, Soifer VA. Hypergeometric modes. Opt Lett 2007; 32(7): 742-744. DOI: 10.1364/OL.32.000742.
  17. Karimi E, Zito G, Piccirillo B, Marrucci L, Santamato E. Hypergeometric-Gaussian modes. Opt Lett 2007; 32: 3053-3055.
  18. Abramowitz M, Stegun IA. Handbook of mathematical functions: with formulas, graphs, and mathematical tables. New York: Dover Publications Inc; 1970.
  19. Hebri D, Rasouli S, Yeganeh M. Intensity-based measuring of the topological charge alteration by the diffraction of vortex beams from amplitude sinusoidal radial gratings. J Opt Soc Am B 2018; 35(4): 724-730.
  20. Wang W, Liu D, Gu M, Han P, Xiao M. Generation of a sub-diffracted Bessel beam via diffraction interference in a combined amplitude structure. Opt Express 2021; 29: 597-603.
  21. Kotlyar VV, Kovalev AA, Volyar AV. Topological charge of optical vortices and their superpositions. Computer Optics 2020; 44(2): 145-154. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-685.
  22. Kotlyar VV, Kovalev AA, Volyar AV. Topological charge of a linear combination of optical vortices: topological competition. Opt Express 2020; 28(6): 8266-8281. DOI: 10.1364/OE.386401.
  23. Berry MV. Optical vortices evolving from helicoidal integer and fractional phase steps. J Opt A: Pure Appl Opt 2004; 6(2): 259-268.

© 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