(46-5) 06 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Изменение траектории наборов пучков Эйри с помощью несущих пространственных частот
А.О. Фролов 1, А.В. Устинов 2, С.Н. Хонина 1,2

1 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34;
2 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151

 PDF, 1607 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1139

Страницы: 724-732.

Аннотация:
В данной работе исследуется изменение траектории распространения набора автофокусирующихся лазерных пучков с использованием дробного преобразования Фурье. Рассмотрены кластеры смещённых ограниченных пучков Эйри–Гаусса, дополненных фазовой функцией, отклоняющей пучок аналогично призме. Смещение и фазовое отклонение (в соответствии с несущими пространственными частотами) позволяют менять траекторию распространения набора автофокусирующихся пучков. На основе численного моделирования выполнено исследование влияния рассматриваемых параметров на свойства автофокусировки кластера пучков Эйри–Гаусса.

Ключевые слова:
свойства автофокусировки, наборы пучков Эйри–Гаусса, дробное преобразование Фурье.

Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 20-07-00505-А) в части численного моделирования, а также при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (соглашение № 007-ГЗ/Ч3363/26) в теоретической части.

Цитирование:
Фролов, А.О. Изменение траектории наборов пучков Эйри с помощью несущих пространственных частот / А.О. Фролов, А.В. Устинов, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. – 2022. – Т. 46, № 5. – С. 724-732. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1139.

Citation:
Frolov AO, Ustinov АV, Khonina SN. Changing the trajectory of Airy beam sets with spatial carriers. Computer Optics 2022; 46(5): 724-732. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1139.

References:
  1. Berry МV, Balazs NL. Nonspreding wave packets. Am J Phys 1979; 47(3): 264-267. DOI: 10.1119/1.11855.
  2. Siviloglou GA, Christodoulides DN. Accelerating finite energy Airy beams. Opt Lett 2007; 32(8): 979-981. DOI: 10.1364/OL.32.000979.
  3. Saari P. Laterally accelerating Airy pulses. Opt Express 2008; 16(4): 10303-10308. DOI: 10.1364/OE.16.010303.
  4. Bandres MA. Accelerating beams. Opt Lett 2009; 34(24): 3791-3793. DOI: 10.1364/OL.34.003791.
  5. Vallée O, Soares M. Airy functions and applications in physics. London: Imperial College Press; 2004. ISBN: 1-86094-478-7.
  6. Baumgartl J, Mazilu M, Dholakia K. Optically mediated particle clearing using Airy wavepackets. Nat Photonics 2008; 2(11): 675-678. DOI: 10.1038/nphoton.2008.201.
  7. Khonina SN, Skidanov RV, Moiseev OYu. Airy laser beams generation by binary-coded diffractive optical elements for microparticles manipulation. Computer Optics 2009; 33(2): 138-146.
  8. Zheng Z, Zhang B-F, Chen H, Ding J, Wang H-T. Optical trapping with focused Airy beams. Appl Opt 2011; 50(1): 43-49. DOI: 10.1364/AO.50.000043.
  9. Vettenburg T, Dalgarno HIC, Nylk J, Coll-Llado C, Ferrier DEK, Čižmár T, Gunn-Moore FJ, Dholakia K. Light-sheet microscopy using an Airy beam. Nat Methods 2014; 11(5): 541-544. DOI: 10.1038/nmeth.2922.
  10. Piksarv P, Marti D, Le T, Unterhuber A, Forbes LH, Andrews MR, Stingl A, Drexler W, Andersen PE, Dholakia K. Integrated single- and two-photon light sheet microscopy using accelerating beams. Sci Rep 2017; 7(1): 1435. DOI: 10.1038/s41598-017-01543-4.
  11. Dowski ER, Cathey WT. Extended depth of field through wave-front coding. Appl Opt 1995; 34(11): 1859-1866. DOI: 10.1364/AO.34.001859.
  12. Pan C, Chen J, Zhang R, Zhuang S. Extension ratio of depth of field by wavefront coding method. Opt Express 2008; 16(17): 13364-13371. DOI: 10.1364/oe.16.013364.
  13. Khonina SN, Volotovskiy SG, Dzyuba AP, Serafimovich PG, Popov SB, Butt MA. Power phase apodization study on compensation defocusing and chromatic aberration in the imaging system. Electronics 2021; 10(11): 1327. DOI: 10.3390/electronics10111327.
  14. Mathis A, Courvoisier F, Froehly L, Furfaro L, Jacquot M, Lacourt PA, Dudley JM. Micromachining along a curve: Femtosecond laser micromachining of curved profiles in diamond and silicon using accelerating beams. Appl Phys Lett 2012; 101(7): 071110. DOI: 10.1063/1.4745925.
  15. Courvoisier S, Götte N, Zielinski B, Winkler T, Sarpe C, Senftleben A, Bonacina L, Wolf JP, Baumert T. Temporal Airy pulses control cell poration. APL Photon 2016; 1(4): 046102. DOI: 10.1063/1.4948367.
  16. Rose P, Diebel F, Boguslawski M, Denz C. Airy beam induced optical routing. Appl Phys Lett 2013; 102(10): 101101. DOI: 10.1063/1.4793668.
  17. Banders MA, Gutierrez-Vega JC. Airy-Gauss beams and their transformation by paraxial optical systems. Opt Express 2007; 15(25): 16719-16728. DOI: 10.1364/OE.15.016719.
  18. Khonina SN, Volotovsky SG. Bounded 1D Airy beams: Laser fan. Computer Optics 2008; 32(2): 168-174.
  19. Efremidis NK, Christodoulides DN. Abruptly autofocusing waves. Opt Lett 2010; 35(23): 4045-4047. DOI: 10.1364/OL.35.004045.
  20. Davis JA, Cottrell DM, Sand D. Abruptly autofocusing vortex beams. Opt Express 2012; 20(12): 13302-13310. DOI: 10.1364/OE.20.013302.
  21. Vaveliuk P, Lencina A, Rodrigo JA, Matos OM. Symmetric Airy beams. Opt Lett 2014; 39(8): 2370-2373. DOI: 10.1364/OL.39.002370.
  22. Jiang Y, Zhao S, Yu W, Zhu X. Abruptly autofocusing property of circular Airy vortex beams with different initial launch angles. J Opt Soc Am A 2018; 35(6): 890-894. DOI: 10.1364/JOSAA.35.000890.
  23. Khonina SN. Mirror and circular symmetry of autofocusing beams. Symmetry 2021; 13(10): 1794. DOI: 10.3390/sym13101794.
  24. Zhang P, Prakash J, Zhang Z, Mills MS, Efremidis NK, Christodoulides DN, Chen Z. Trapping and guiding microparticles with morphing autofocusing Airy beams. Opt Lett 2011; 36(15): 2883-2885. DOI: 10.1364/OL.36.002883.
  25. Manousidaki M, Papazoglou DG, Farsari M, Tzortzakis S. Abruptly autofocusing beams enable advanced multiscale photo-polymerization. Optica 2016; 3(5): 525-530. DOI: 10.1364/OPTICA.3.000525.
  26. Panagiotopoulos P, Papazoglou DG, Couairon A, Tzortzakis S. Sharply autofocused ring-Airy beams trans-forming into non-linear intense light bullets. Nat Commun 2013; 4: 2622. DOI: 10.1038/ncomms3622.
  27. Li P, Liu S, Peng T, Xie G, Gan X, Zhao J. Spiral autofocusing Airy beams carrying power-exponent phase vortices. Opt Express 2014; 22(7): 7598-7606. DOI: 10.1364/OE.22.007598.
  28. Khonina SN, Ustinov AV. Fractional Airy beams. J Opt Soc Am A 2017; 34(11): 1991-1999. DOI: 10.1364/JOSAA.34.001991.
  29. Khonina SN, Porfirev AP, Ustinov AV. Sudden autofocusing of superlinear chirp beams. J Opt 2018; 20(2): 025605. DOI: 10.1088/2040-8986/aaa075.
  30. Brimis A, Makris KG, Papazoglou DG. Tornado waves. Opt Lett 2020; 45(2): 280-283. DOI: 10.1364/OL.45.000280.
  31. Khonina SN, Porfirev AP, Ustinov AV, Butt MA. Generation of complex transverse energy flow distributions with autofocusing optical vortex beams. Micromachines 2021; 12(3): 297. DOI: 10.3390/mi12030297.
  32. Lü B, Ma H. Beam propagation properties of radial laser arrays. J Opt Soc Am A 2000; 17(11): 2005-2009. DOI: 10.1364/JOSAA.17.002005.
  33. Song L, Yang Z, Li X, Zhang S. Controllable Gaussian-shaped soliton clusters in strongly nonlocal media. Opt Express 2018; 26(15): 19182-19198. DOI: 10.1364/OE.26.019182.
  34. Suarez RA, Neves AA, Gesualdi MR. Generation and characterization of an array of Airy-vortex beams. Opt Commun 2019; 458: 124846.
  35. Song L, Yang Z, Zhang S, Li X. Dynamics of rotating Laguerre-Gaussian soliton arrays. Opt Express 2019; 27(19): 26331-26345. DOI: 10.1364/OE.27.026331.
  36. Suarez RA, Neves AA, Gesualdi MR. Optimizing optical trap stiffness for Rayleigh particles with an Airy array beam. J Opt Soc Am B 2020; 37(2): 264-270. DOI: 10.1364/JOSAB.379247.
  37. Frolov AO, Khonina SN. Modeling the propagation of sets of autofocusing laser beams. Proc SPIE 2021; 11793: 117930I. DOI: 10.1117/12.2592792.
  38. Namias V. The fractional order Fourier transform and its application to quantum mechanics. IMA J Appl Math 1980; 25(3): 241-265. DOI: 10.1093/imamat/25.3.241.
  39. Mendlovic D, Ozaktas HM. Fractional Fourier transformations and their optical implementation. I. J Opt Soc Am A 1993; 10(9): 1875-1881. DOI: 10.1364/JOSAA.10.001875.
  40. Haskel M, Stern A. Evaluation of the influence of arbitrary masks on the output field of optical systems using ABCD matrices. J Opt Soc Am A 2017; 34(4): 609-613. DOI: 10.1364/JOSAA.34.000609.
  41. Collins SA. Lens-system diffraction integral written in terms of matrix optics. J Opt Soc Am 1970; 60(9); 1168-1177. DOI: 10.1364/JOSA.60.001168.
  42. Khonina SN, Striletz AS, Kovalev AA, Kotlyar VV. Propagation of laser vortex beams in a parabolic optical fiber. Proc SPIE 2010; 7523: 75230B. DOI: 10.1117/12.854883.
  43. Monin EO, Ustinov AV, Khonina SN. Propagation modeling of vortex generalized Airy beams in parabolic fiber. Proc Progress in Electromagnetics Research Symposium 2018; F134321: 583-589. DOI: 10.1109/PIERS.2017.8261809.
  44. Ustinov AV, Khonina SN. Generalized lens: Calculation of distribution on the optical axis. Computer Optics 2013; 37(3): 307-315.
  45. Kirilenko MS, Zubtsov RO, Khonina SN,
    Calculation of eigenfunctions of a bounded fractional Fourier transform, Computer Optics, 2015; 39(3): 332-338.  DOE: 10.18287/0134-2452-2015-39-3-332-338.

© 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