(47-4) 03 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Спиновый угловой момент и спектр угловых гармоник двухпорядковых поляризационных вихрей в остром фокусе
А.А. Ковалёв 1,2, В.В. Котляр 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, 968 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1282

Страницы: 533-540.

Аннотация:
Исследован спиновой угловой момент двухпорядковых цилиндрических векторных пучков в остром фокусе. Такие пучки являются обобщением стандартных цилиндрических векторных пучков, поскольку у разных поперечных компонент поля порядок поляризации тоже разный. На основе теории Ричардса–Вольфа получено выражение для распределения плотности продольной составляющей спинового углового момента. Показано, что если порядки поляризации имеют разную чётность, то в остром фокусе возникает спиновый эффект Холла, то есть формируются чередующиеся области с положительным и отрицательным спиновым угловым моментом, хотя начальное поле имело линейную поляризацию. Исследован спектр угловых гармоник всех компонентов сфокусированного светового поля, и определены преобладающие угловые гармоники. Пренебрегая несущественными гармониками, определена форма распределения продольной составляющей плотности спинового углового момента и показана возможность формирования фокального распределения, в котором области с положительным и отрицательным спиновым угловым моментом находятся на кольце в виде чередующихся пар или разделены по разным полуокружностям.

Ключевые слова:
цилиндрический векторный пучок; двухпорядковый цилиндрический векторный пучок; острый фокус; теория Ричардса–Вольфа; спиновый угловой момент; оптический спиновой эффект Холла; спектр угловых гармоник.

Благодарности
Работа поддержана Российским научным фондом, грант № 22-12-00137.

Цитирование:
Ковалёв, А.А. Спиновый угловой момент и спектр угловых гармоник двухпорядковых поляризационных вихрей в остром фокусе / А.А. Ковалёв, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2023. – Т. 47, № 4. – С. 533-540. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1282.

Citation:
Kovalev AA, Kotlyar VV. Spin angular momentum and angular harmonics spectrum of two-order polarization vortices at the tight focus. Computer Optics 2023; 47(4): 533-540. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1282.

References:
  1. Friese MEJ, Rubinsztein-Dunlop H, Gold J, Hagberg P, Hanstorp D. Optically driven micromachine elements. Appl Phys Lett 2001; 78: 547-549. DOI: 10.1063/1.1339995.
  2. Shen Y, Weitz DA, Forde NR, Shayegan M. Line optical tweezers as controllable micromachines: techniques and emerging trends. Soft Matter 2022; 18: 5359-5565. DOI: 10.1039/D2SM00259K.
  3. Liu J, Li Z. Controlled mechanical motions of microparticles in optical tweezers. Micromachines 2018; 9: 232. DOI: 10.3390/mi9050232.
  4. Dickey FM. Laser beam shaping: Theory and techniques. 2nd ed. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, Taylor & Francis Group; 2014.
  5. Zeitner UD, Aagedal H, Wyrowski F. Comparison of resonator-originated and external beam shaping. Appl Opt 1999; 38: 980-986. DOI: 10.1364/AO.38.000980.
  6. Abramochkin EG, Volostnikov VG. Modern optics of Gaussian beams [In Russian]. Moscow: “Fizmatlit” Publisher; 2010. ISBN: 978-5-9221-1216-1.
  7. Soifer VA, ed. Methods for computer design of diffractive optical elements. New York: John Willey & Sons Inc; 2002. ISBN: 978-0-471-09533-0.
  8. Angelsky OV, Bekshaev AYa, Maksimyak PP, Maksimyak AP, Hanson SG, Zenkova CYu. Orbital rotation without orbital angular momentum: mechanical action of the spin part of the internal energy flow in light beams. Opt Express 2012; 20: 3563-3571. DOI: 10.1364/OE.20.003563.
  9. Zhang J, Yu J, Chi N. Transmission and full-band coherent detection of polarization-multiplexed all-optical Nyquist signals generated by Sinc-shaped Nyquist pulses. Sci Rep 2015; 5: 13649. DOI: 10.1038/srep13649.
  10. Stafeev SS, Nalimov AG, Kovalev AA, Zaitsev VD, Kotlyar VV. Circular polarization near the tight focus of linearly polarized light. Photonics 2022; 9(3): 196.  DOI: 10.3390/photonics9030196.
  11. Kotlyar VV, Stafeev SS, Kovalev AA, Zaitsev VD. Spin Hall effect before and after the focus of a high-order cylindrical vector beam. Appl Sci 2022; 12(23): 12218. DOI: 10.3390/app122312218.
  12. Khonina SN, Ustinov AV, Porfirev AP. Vector Lissajous laser beams. Opt Lett 2020; 45(15): 4112-4115. DOI: 10.1364/OL.398209.
  13. Freund I. Polarization singularity indices in Gaussian laser beams. Opt Commun 2002; 201: 251-270. DOI: 10.1016/S0030-4018(01)01725-4.
  14. Kessler DA, Freund I. Lissajous singularities. Opt Lett 2003; 28: 111-113. DOI: 10.1364/OL.28.000111.
  15. Kotlyar VV, Kovalev AA, Stafeev SS, Nalimov AG, Rasouli S. Tightly focusing vector beams containing V-point polarization singularities. Opt Laser Technol 2022; 145: 107479. DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.107479.
  16. Richards B, Wolf E. Electromagnetic diffraction in optical systems, II. Structure of the image field in an aplanatic system. Proc R Soc Lond A 1959; 253: 358-379. DOI: 10.1098/rspa.1959.0200.
  17. Kotlyar VV, Kovalev AA, Nalimov AG. Energy density and energy flux in the focus of an optical vortex: reverse flux of light energy. Opt Lett 2018; 43(12): 2921-2924. DOI: 10.1364/OL.43.002921.
  18. Barnett SM, Allen L. Orbital angular momentum and nonparaxial light beams. Opt Commun 1994; 110: 670-678. DOI: 10.1016/0030-4018(94)90269-0.
  19. Dennis MR. Topological singularities in wave fields. PhD thesis. Bristol: University of Bristol; 2001.
  20. Ponce de Leon J. Revisiting the orthogonality of Bessel functions of the first kind on an infinite interval. Eur J Phys 2015; 36: 015016. DOI: 10.1088/0143-0807/36/1/015016.

© 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