(46-3) 02 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Суперпозиция двух смещенных с оптической оси пучков Лагерра–Гаусса
В.В. Котляр 1,2, А.А. Ковалёв 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, 1093 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1057

Страницы: 366-374.

Аннотация:
В работе найдены топологические заряды суперпозиции двух симметрично-смещенных с оптической оси пучков Лагерра–Гаусса с номерами (0, m) и (0, n). Показано, что если m=n, тотопологический заряд суперпозиции равен n. То есть два одинаковых смещенных с оптической оси пучка Лагерра–Гаусса имеют топологический заряд, как один пучок Лагерра–Гаусса. Если m<n, то топологический заряд суперпозиции может иметь одно из четырех значений: TC1=(m+n)/2, TC2=TC1+1, TC3=TC1+1/2 и TC4=TC1–1/2. Правила выбора одного из 4 значений топологических зарядов также установлены. При отсутствии смещения с оптической оси двух пучков Лагерра–Гауссатопологический заряд суперпозиции равен большему из двух топологических зарядов, то есть n. А при любом сколь угодно малом смещении с оптической оси топологический заряд суперпозиции либо остается таким же, как до смещения, либо уменьшается на четное число. Это объясняется тем, что из бесконечности «приходит» четное число оптических вихрей с топологическим зарядом –1, которые компенсируют такое же число оптических вихрей в суперпозиции с топологическим зарядом +1. Интересно также, что при сложении двух смещенных с оптической оси пучков Лагерра–Гаусса с определенными наклонами к оптической оси, такими, чтобы суперпозиция являлась структурно-устойчивым пучком, на некоторой линии формируется бесконечное число винтовых дислокаций с топологическим зарядом +1. Полный топологический заряд такой суперпозиции бесконечный.

Ключевые слова:
винтовые дислокации, топологический заряд, оптические вихри.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 18-19-00595) в частях «Структурно-устойчивая суперпозиция смещенных гауссовых вихрей», «Суперпозиция двух смещенных с оси пучков ЛГ», 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. Суперпозиция двух смещенных с оптической оси пучков Лагерра–Гаусса / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.Г. Налимов // Компьютерная оптика. – 2022. – Т. 46, № 3. – С. 366-374.– DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1057.

Citation:
Kotlyar VV, Kovalev AA, Nalimov AG. Superposition of two Laguerre-Gaussian beams shifted from the optical axis. ComputerOptics 2022; 46(3): 366-374. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1057.

References:
  1. Nye JF, Berry MV. Dislocations in wave trains. Proc R Soc Lond A 1974; 336: 165-190.
  2. Berry MV. Optical vortices evolving from helicoidal integer and fractional phase steps. J Opt A–Pure Appl Opt2004; 6(2): 259-268.
  3. Soskin MS, Gorshkov VN, Vasnetsov MV, Malos JT, Heckenberg NR. Topological charge and angular momentum of light beams carrying optical vortices. Phys Rev A1997; 56(5): 4064-4075.
  4. Jesus-Silva AJ, Fonseca EJS, Hickman JM. Study of the birth of a vortex at Frauhofer zone. Opt Lett2012; 37(12): 4552-4554.
  5. Kotlyar VV, Kovalev AA, Volyar AV. Topological charge of a linear combination of optical vortices: topological competition. Opt Express2020; 28(6): 8266-8281. DOI: 10.1364/OE.386401.
  6. Zeng J, Zhang G, Xu Z, Zhao C, Cai Y, Gbur G. Anomalous multi-ramp fractional vortex beams with arbitrary topological charge jumps. Appl Phys Lett 2020; 117: 241103.
  7. Kotlyar VV, Kovalev AA, Nalimov AG, Porfirev AP. Evolution of an optical vortex with an initial fractional topological charge. Phys Rev A 2020; 102(2): 023516. DOI: 10.1103/PhysRevA.102.023516.
  8. Kovalev AA, Kotlyar VV. Optical vortex beams with the infinite topological charge. J Opt 2021; 23(5): 055601. DOI: 10.1088/2040-8986/abf172.
  9. Kovalev AA, Kotlyar VV. Propagation-invariant laser beams with an array of phase singularities. Phys Rev A 2021; 103(6): 063502. DOI: 10.1103/PhysRevA.103.063502.
  10. Indebetouw G. Optical vortices and their propagation. J Mod Opt 1994; 40(1): 73-87.
  11. Abramochkin EG, Volostnikov VG. Spiral-type beams: optical and quantum aspects. OptCommun 1996;125(4-6): 302-323. DOI: 10.1016/0030-4018(95)00640-0.
  12. Kovalev AA, Kotlyar VV. Orbital angular momentum of superposition of identical shifted vortex beams. J Opt Soc Am A 2015; 32(10): 1805-1810. DOI: 10.1364/JOSAA.32.001805.

© 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