(46-4) 03 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Сравнение формы фокусных пятен по интенсивности и потоку энергии для высокоапертурных зонной пластинки и спиральной зонной пластинки
А.А. Савельева 1,2, E.C. Козлова 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, 1427 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-934

Страницы: 531-536.

Аннотация:
С помощью моделирования методом конечных разностей во временной области показано, что при острой фокусировке Гауссова пучка с линейной поляризацией и с внедренным оптическим вихрем зонной пластинкой Френеля и при фокусировке Гауссова пучка спиральной зонной пластинкой формируются фокусные пятна разной формы и по интенсивности, и по потоку энергии. Наиболее существенные различия наблюдаются при значении топологического заряда, равного трем. При фокусировке зонной пластинкой Френеля Гауссова пучка поток энергии имеет кольцевое распределение, в то время как при фокусировке спиральной зонной пластинкой форма интенсивности и потока энергии имеет три локальных максимума, что соответствует порядку спиральной зонной пластинки. На расстоянии 14,5 мкм от фокуса лепестковая структура интенсивности (и потока энергии) сменяется на кольцевое распределение.

Ключевые слова:
зонная пластинка, спиральная зонная пластинка, FDTD-метод.

Благодарности
Авторы выражают благодарность В.В. Котляру за обсуждение результатов работы.
     Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 18-19-00595) в частях «Моделирование» и «Обсуждение результатов», а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в части «Постановка задачи».

Цитирование:
Савельева, А.А. Сравнение формы фокусных пятен по интенсивности и потоку энергии для высокоапертурных зонной пластинки и спиральной зонной пластинки / А.А. Савельева, Е.С. Козлова // Компьютерная оптика. – 2022. – Т. 46, № 4. – С. 531-536. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-934.

Citation:
Savelyeva AA, Kozlova ES. Comparison of the shape of focal spots in terms of intensity and en-ergy flux for a high-aperture zone plate and a spiral zone plate. Computer Optics 2022; 46(4): 531-536. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-934.

References:
  1. Zhan Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications. Adv Opt Photonics 2009; 1(1): 1-57. DOI: 10.1364/AOP.1.000001.
  2. Kozlova ES, Stafeev SS, Fomchenkov SA, Podlipnov VV, Kotlyar VV. Transverse intensity at the tight focus of a second-order cylindrical vector beam. Computer Optics 2021; 45(2): 165-171. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-835.
  3. Soskin M, Boriskina S, Chong Y, Dennis M, Desyatnikov A. Singular optics and topological photonics. J Opt 2017; 19(1): 010401. DOI: 10.1088/2040-8986/19/1/010401.
  4. Padgett MJ. Orbital angular momentum 25 years on. Opt Express 2017; 25(10): 11265-11274. DOI: 10.1364/OE.25.011265.
  5. Shen Y, Wang X, Xie Z. Optical vortices 30 years on: OAM manipulation from topological charge to multiple singularities. Light Sci Appl 2019; 8: 90. DOI: 10.1038/s41377-019-0194-2.
  6. Volyar AV, Bretsko MV, Akimova YE, Egorov YA. Shaping and processing the vortex spectra of singular beams with anomalous orbital angular momentum. Computer Optics 2019; 43(4): 517-527. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-4-517-527.
  7. Cheng K, Lu G, Zhong X. The Poynting vector and angular momentum density of Swallowtail-Gauss beams. Opt Commun 2017; 396: 517-527.
  8. Kotlyar VV, Kovalev AA. Orbital angular momentum of an astigmatic Gaussian laser beam. Computer Optics 2017; 41(5): 609-616. DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-609-616.
  9. Zhang H, Li X, Ma H, Tang MLH, Cai Y. Centrosymmetric optical vortex. Appl Sci 2019; 9: 1429.
  10. Khonina SN, Savelyev DA, Kazanskiy NL. Vortex phase elements as detectors of polarization state. Opt Express 2015; 23(14): 17845-17859. DOI: 10.1364/OE.23.017845.
  11. Kitamura K, Kitazawa M, Noda S. Generation of optical vortex beam by surface-processed photonic-crystal surface-emitting lasers. Opt Express 2019; 27(2): 1045-1050.
  12. Wang X, Nie Z, Liang Y, Wang J, Li T, Jia B. Recent advances on optical vortex generation. Nanophotonics 2018; 7(9): 1533-1556.
  13. Uren R, Beecher S, Smith CR, Clarkson WA. Method for generating high purity Laguerre–Gaussian vortex modes. IEEE J Quantum Electron 2019; 55(5): 1700109.
  14. Zhou H, Yang J, Gao C, Fu S. High-efficiency, broadband all-dielectric transmission metasurface for optical vortex generation. Opt Mater Express 2019; 9: 2699-2707.
  15. Liu DZ. Propagation of partially coherent vortex beams in atmospheric turbulence by a spatial light modulator. Laser Phys Lett 2019; 16: 056003.
  16. Luo C, Han X. Evolution and Beam spreading of Arbitrary order vortex beam propagating in atmospheric turbulence. Opt Commun 2020; 460: 124888.
  17. Li Y, Yu L. Zhang Y. Influence of anisotropic turbulence on the orbital angular momentum modes of Hermite-Gaussian vortex beam in the ocean. Opt Express 2017; 25: 12203-12215.
  18. Yu J, Huang Y, Greg G, Wang F, Cai Y. Enhanced backscatter of vortex beams in double-pass optical links with atmospheric turbulence. J Quant Spectrosc Radiat Transf 2019; 228: 1-10.
  19. Olvera-Santamaria MA, Garcia-Garcia J, Tlapale-Aguilar A, Silva-Barranco J, Rickenstorff-Parrao C, Ostrovsky AS. Cylindrically polarized perfect optical vortex: Generation and focusing properties. Opt Commun 2020; 467(15): 125693.
  20. Stafeev SS, Nalimov AG. Longitudinal component of the Poynting vector of a tightly focused optical vortex with circular polarization. Computer Optics 2018; 42(2): 190-196. DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-2-190-196.
  21. Stafeev SS, Kotlyar VV. Tight focusing of a sector-wise azimuthally polarized optical vortex. Computer Optics 2017; 41(2): 147-154. DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-2-147-154.
  22. Khonina SN, Kazanskiy NL, Volotovsky SG. Influence of vortex transmission phase function on intensity distribution in the focal area of high-aperture focusing system. Optical Memory and Neural Networks 2011; 20(1): 23-42. DOI: 10.3103/S1060992X11010024.
  23. Kanev F, Aksenov V, Veretekhin I. Analyses of optical vortex registration methods. Proc SPIE 2020; 11560: 115602B.
  24. Kotlyar VV, Kovalev AA. Topological charge of optical vortices devoid of radial symmetry. Computer Optics 2020; 44(4): 510-518. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-719.
  25. Karpeev SV, Paranin VD, Khonina SN. Generation of nonuniformly polarised vortex Bessel beams by an interference polarizer. Quantum Electron 2018; 48(6): 521-526. DOI: 10.1070/QEL16603.
  26. Lu YM, Tian ZN, Yang SN, Hua JG, Liu XQ, Zhao Y, Chen QD, Zhang YL, Sun HB. High-efficiency spiral zone plates in sapphire. IEEE Photon Technol Lett 2019; 31(12): 979-982.
  27. Kozlova ES. Modeling of the optical vortex generation using a silver spiral zone plate. Computer Optics 2018; 42(6): 977-984. DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-6-977-984.
  28. Zhang Y, Yang X, Gao J. Orbital angular momentum transformation of optical vortex with aluminum metasurfaces. Sci Rep 2019; 9: 9133.
  29. Rubano A, Cardano F, Piccirillo B, Marrucci L. Q-plate technology: a progress review [Invited]. J Opt Soc Am B 2019; 36(5): D70-D87.
  30. Ji W, Lee C-H, Chen P, Hu W, Ming Y, Zhang L, Lin T-H, Chigrinov V, Lu Y-Q. Meta-q-plate for complex beam shaping. Sci Rep 2016; 6(1): 25528.
  31. Sharma M, Amirkhan F, Mishra SK, Sengupta D, Messaddeq Y, Blanchard F, Ung B. Annular core photonic crystal fiber for transmission of endlessly mono-radial vortex beams. OSA Advanced Photonics Congress (AP) 2020 (IPR, NP, NOMA, Networks, PVLED, PSC, SPPCom, SOF) OSA Technical Digest 2020: SoM3H.7.
  32. Kotlyar VV, Nalimov AG. A vector optical vortex generated and focused using a metalens. Computer Оptics 2017; 41(5): 645-654. DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-645-654.
  33. Lavery MPJ, Peuntinger C, Gunthner K, Banzer P, Elser D, Boyd RW, Padgett MJ, Marquardt C, Leuchs G. Free-space propagation of high-dimensional structured optical fields in an urban environment. Sci Adv 2017; 3(10): e1700552.
  34. Zhu Y, Tan H, Zhou N, Chen L, Wang J, Cai X. Compact high-efficiency four-mode vortex beam generator within the telecom C-band. Opt Lett 2020; 45(7): 1607-1610.
  35. Takahaashi F, Miyamoto K, Hidai H, Yamane K, Morita R, Omatsu T. Picosecond optical vortex pulse illumination forms a monocrystalline silicon needle. Sci Rep 2016; 6: 21738.
  36. Backlund MP, Lew MD, Backer AS, Sahl SJ, Grover G, Agrawal A, Piestun R, Moerner WE. The double-helix point spread function enables precise and accurate measurement of 3D single-molecule localization and orientation. Proc SPIE 2013; 8590: 85900L.
  37. Suarez RAB, Ambrosio LA, Neves AAR, Zamboni-Rached M, Gesualdi MRR. Experimental optical trapping with frozen waves. Optics 2020; 45(9): 2514-2517.
  38. Bunea AI, Gluckstad J. Strategies for optical trapping in biological samples: Aiming at microrobotic surgeons. Laser Photon Rev 2019; 13(4): 1800227.
  39. Yu S, Pung F, Liu H, Li X, Yang J, Wang T. Compositing orbital angular momentum beams in Bi4Ge3O12 crystal for magnetic field sensing. Appl Phys Lett 2017; 111(9): 091107.
  40. Kotlyar VV, Stafeev SS, Nalimov AG. Reverse flow of light energy in focus [In Russian]. Moscow: "Fizmatlit" Publisher; 2021.
  41. Kotlyar VV, Kovalev AA, Porfirev AP. Astigmatic transforms of an optical vortex for measurement of its topological charge. Appl Opt 2017; 56(14): 4095-4104. DOI: 10.1364/AO.56.004095.
  42. Kotlyar VV, Stafeev SS, Nalimov AG. Energy backflow in the focus of a light beam with phase or polarization singularity. Phys Rev A 2019; 99(3): 033840. doi: 10.1103/PhysRevA.99.033840.
  43. Kotlyar VV, Stafeev SS, Nalimov AG, Schulz S, O’Faolain L. Two-petal laser beam near a binary spiral axicon with topological charge 2. Opt Laser Technol 2019; 119: 105649. doi: 10.1016/j.optlastec.2019.105649.
  44. Degtyarev SA, Porfirev AP, Khonina SN. Photonic nanohelix generated by a binary spiral axicon. Appl Opt 2016; 55(12): B44-B48. doi: 10.1364/AO.55.000B44.
  45. Kotlyar VV, Kovalev AA, Skidanov RV, Moiseev OYu, Soifer VA. Diffraction of a finite-radius plane wave and a Gaussian beam by a helical axicon and a spiral phase plate. J Opt Soc Am A 2007; 24(7): 1955-1964. doi: 10.1364/JOSAA.24.001955.
  46. Kotlyar VV, Stafeev SS, Nalimov AG. Sharp focusing of laser light. CRC Press; 2020. ISBN 9780367364441.

© 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