(47-1) 01 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Острая фокусировка осевой суперпозиции цилиндрического векторного пучка высокого порядка и пучка с линейной поляризацией
В.В. Котляр 1,2, С.С. Стафеев 1,2, В.Д. Зайцев 1,2

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

 PDF, 992 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1165

Страницы: 5-15.

Аннотация:
В работе теоретически и численно рассмотрена острая фокусировка лазерного пучка, у которого распределение поляризации в начальной плоскости представляет собой суперпозицию цилиндрического векторного пучка порядка m и однородной линейной поляризации. Хотя в начальной плоскости у такого пучка нет спинового углового момента и третья проекция вектора Стокса равна нулю, в плоскости фокуса формируются субволновые локальные области, в которых при нечетном номере m имеет место поперечный вихревой поток энергии и третья проекция Стокса (продольная компонента спинового углового момента) отлична от нуля. То есть в фокусе у такого пучка при нечетном m будут области с эллиптической или круговой поляризацией с чередующимися направлениями вращения (по часовой и против часовой стрелки). При четном m в фокусе поле имеет линейную поляризацию в каждой точке и не имеет поперечного потока энергии.

Ключевые слова:
линейная и круговая поляризация, острая фокусировка, формулы Ричардса–Вольфа, вектор Стокса, спиновой угловой момент.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 22-22-00265) (теория), а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (моделирование).

Цитирование:
Котляр, В.В. Острая фокусировка осевой суперпозиции цилиндрического векторного пучка высокого порядка и пучка с линейной поляризацией / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, В.Д. Зайцев // Компьютерная оптика. – 2023. – Т. 47, № 1. – С. 5-15. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1165.

Citation:
Kotlyar VV, Stafeev SS, Zaitsev VD. Sharp focusing of on-axis superposition of a high-order cylindrical vector beam and a beam with linear polarization. Computer Optics 2023; 47(1): 5-15. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1165.

References:
  1. Golovashkin DL, Kazanskiy NL. Mesh domain decomposition in the fnite-difference solution of Maxwell's equations. Optical Memory & Neural Networks (Information Optics) 2009; 18(3): 203-211. DOI: 10.3103/S1060992X09030102.
  2. Zhan Q, Leger JR. Focus shaping using cylindrical vector beams. Opt Express 2002; 10(7): 324-331.
  3. Zhan Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications. Adv Opt Photon 2009; 1(1): 1-57.
  4. Machavariani G, Lumer Y, Moshe I, Meir A, Jackel S. Efficient extracavity generation of radially and azimuthally polarized beams. Opt Lett 2007; 32(11): 1468.
  5. Liu Z, Liu Y, Ke Y, Liu Y, Shu W, Luo H. Generation of arbitrary vector vortex beams on hybrid-order Poincare sphere. Photonic Res 2017; 5(1): 15-21.
  6. Liu J, Chen X, He Y, Lu L, Ye H, Chai G, Chen S, Fan D. Generation of arbitrary cylindrical vector vortex beams with cross-polarized modulation. Results Phys 2020; 19: 103455.
  7. Yan S, Yao B. Radiation forces of a highly focused radially polarized beam on spherical particles. Phys Rev A 2007; 76(5): 053836.
  8. Chen R, Agarwal K, Sheppard CJ, Chen X. Imaging using cylindrical vector beams in a high-numerical-aperture microscopy system. Opt Lett 2013; 38(16): 3111-3114.
  9. Fickler R, Lapkiewicz R, Ramelow S, Zeilinger A. Quantum entanglement of complex photon polarization patterns in vector beams. Phys Rev A 2014; 89(6): 4172-4183.
  10. Hollezek A, Aiello A, Gabriel C, Morquargt C, Leuchs G. Classical and quantum properties of cylindrically polarized states of light. Opt Express 2011; 19(10): 9714-9736.
  11. Stafeev SS, Nalimov AG, Zaitsev VD, Kotlyar VV. Tight focusing cylindrical vector beams with fractional order. J Opt Soc Am B 2021; 38(4): 1090-1096. DOI: 10.1364/JOSAB.413581.
  12. Kotlyar VV, Nalimov AG, Stafeev SS. Exploiting the circular polarization of light to obtain a spiral energy flow at the subwavelength focus. J Opt Soc Am B 2019; 36(10): 2850-2855. DOI: 10.1364/JOSAB.36.002850.
  13. Richards B, Wolf E. Electromagnetic diffraction in optical systems, II. Structure of the image field in an aplanatic system. Proc Math Phys Eng Sci 1959; 253: 358-379. DOI: 10.1098/rspa.1959.0200.
  14. Kotlyar VV, Kovalev AA, Zaitsev VD. Topological charge of light fields with a polarization singularity. Photonics 2022; 9(5): 298. DOI: 10.3390/photonics9050298.
  15. Freund I. Polarization singularity indices in Gaussian laser beams. Opt Commun 2002; 201(4-6): 251-270.
  16. Kolyar VV, Stafeev SS, Kovalev AA. Sharp focusing of a light field with polarization and phase singularities of an arbitrary order. Computer Optics 2019; 43: 337-346. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-337-346.
  17. Bliokh KY, Ostrovskaya EA, Alonso MA, Rodriguez-Herrera OG, Lara D, Dainty C. Spin-to-orbital angular momentum conversion in focusing, scattering, and imaging systems. Opt Express 2011; 19(27): 26132-26149.
  18. Born M, Wolf E. Principles of optics: Electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. Cambridge: Cambridge University Press; 1999.
  19. Pereira SF. Van de Nes AS. Superresolution by means of polarisation, phase and amplitude pupil masks. Opt Commun 2004; 234(1-6): 119-124. DOI: 10.1016/j.optcom.2004.02.020.
  20. Khonina SN, Volotovsky SG. Control by contribution of components of vector electric field in focus of a high-aperture lens by means of binary phase structures. Computer Optics 2010; 34(1): 58-68.

© 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