(47-5) 04 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Оптический эффект Холла высокого порядка в остром фокусе лазерного излучения
В.В. Котляр 1,2, С.С. Стафеев 1,2, Е.С. 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, 913 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1310

Страницы: 710-715.

Аннотация:
В работе методом Ричардса–Вольфа, описывающим поведение электромагнитного излучения в остром фокусе, показано, что в плоскости фокуса имеет место спиновый и орбитальный эффекты Холла высокого порядка. Показано, что при фокусировке оптического вихря с единичным топологическим зарядом и линейной поляризацией в плоскости фокуса формируются 4 локальных субволновых области, в которых направление продольной проекции спинового углового момента взаимно противоположное. То есть фотоны, попадающие в соседние области в фокусе, имеют разный спин – это спиновый эффект Холла 2-го порядка. Также показано, что при острой фокусировке суперпозиции цилиндрического векторного пучка m-го порядка и нулевого порядка в плоскости острого фокуса формируются 2m субволновых областей, в которых направление продольной проекции орбитального углового момента взаимно противоположное. То есть фотоны, попадающие в соседние области в фокусе, имеют осевую проекцию орбитального углового момента разного знака – это орбитальный эффект Холла m-го порядка.

Ключевые слова:
формализм Ричардса–Вольфа, спиновый эффект Холла, орбитальный эффект Холла, цилиндрический векторный пучок, спиновый угловой момент, орбитальный угловой момент.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-22-00265).

Цитирование:
Котляр, В.В. Оптический эффект Холла высокого порядка в остром фокусе лазерного излучения / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, Е.С. Козлова // Компьютерная оптика. – 2023. – Т. 47, № 5. – С. 710-715. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1310.

Citation:
Kotlyar VV, Stafeev SS, Kozlova ES. High-order optical Hall effect at the tight focus of laser radiation. Computer Optics 2023; 47(5): 710-715. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1310.

References:
  1. Onoda M, Marakami S, Nagaosa N. Hall effect of light. Phys Rev Lett 2004; 93: 083901. DOI: 10.1103/PhysRevLett.93.083901.
  2. Bliokh KY, Bliokh YP. Topological spin transport of photons: the optical Magnus effect and Berry phase. Phys Lett A 2004; 333(3-4): 181-186. DOI: 10.1016/j.physleta.2004.10.035.
  3. Bliokh KY, Bliokh YP. Conservation of angular momentum, transverse shift, and spin Hall effect in reflection and refraction of an electromagnetic wave packet. Phys Rev Lett 2006; 96: 073903. DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.073903.
  4. Kavokin A, Malpuech G, Glazov M. Optical spin Hall effect. Phys Rev Lett 2005; 95: 136601. DOI: 10.1103/PhysRevLett.95.136601.
  5. Hosten O, Kwiat P. Observation of the spin Hall effect of light via weak measurements. Science 2008; 319(5864): 787-790. DOI: 10.1126/science.1152697.
  6. Ling X, Zhou X, Huang K, Liu Y, Qiu C, Luo H, Wen S. Recent advances in the spin Hall effect of light. Pep Prog Phys 2017; 80: 066401. DOI: 10.1088/1361-6633/aa5397.
  7. Liu S, Chen S, Wen S, Luo H. Photonics spin Hall effect: fundamentals and emergent applications. Opto-Electr Sci 2022; 1(7): 220007. DOI: 10.29026/oes.2022.220007.
  8. Ling X, Yi X, Zhou X, Liu Y, Shu W, Luo H, Wen S. Realization of tunable spin-dependent splitting in intrinsic photonic spin Hall effect. Appl Phys Lett 2014; 105: 151101. DOI: 10.1063/1.4898190.
  9. Yin X, Ye Z, Rho J, Wang Y, Zhang X. Photonic spin Hall effect at metasurfaces. Science 2013; 339(6126): 1405. DOI: 10.1126/science.1231758.
  10. Kumar RN, Yatish, Gupta SD, Ghosh N, Banerjee A. Probing the rotational spin-Hall effect in a structured Gaussian beam. Phys Rev A 2022; 105: 023503. DOI: 10.1103/PhysRevA.105.023503.
  11. Zhang J, Zhou X-X, Ling X-H, Chen S-Z, Luo H-L, Wen S-C. Orbit-orbit interaction and photonics orbital Hall effect in reflection of a light beam. Chin Phys B 2014; 23(6): 064215. DOI: 10.1088/1674-1056/23/6/064215.
  12. Fu S, Guo C, Liu G, Li Y, Yin H, Li Z, Chen Z. Spin-orbit optical Hall effect. Phys Rev Lett 2019; 123: 243904. DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.243904.
  13. Zhang F, Guo Y, Pu M, Li X, Ma X, Luo X. Metasurfaces enabled by asymmetric photonic spin-orbit interactions. Opto-Electr Eng 2020; 47(10): 200366. DOI: 10.12086/oee.2020.200366.
  14. Shu W, Lin C, Wu J, Chen S, Ling X, Zhou X, Luo H, Wen S. Three-dimensional spin Hall effect of light in tight focusing. Phys Rev A 2020; 101: 023819. DOI: 10.1103/PhysRevA.101.023819.
  15. 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. DOI: 10.1364/OE.19.026132.
  16. Ling X, Yi X, Zhou X, Liu Y, Shu W, Luo H, Wen S. Realization of tunable spin-dependent splitting in intrinsic photonic spin Hall effect. Appl Phys Lett 2014; 105: 151101. DOI: 10.1063/1.4898190.
  17. Khonina SN, Golub I. Vectorial spin Hall effect of light upon tight focusing. Opt Lett 2022; 47(9): 2166-2169. DOI: 10.1364/OL.457507.
  18. Richards B, Wolf E. Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic system. Proc R Soc A Math Phys Eng Sci 1959; 253(1274): 358-379. DOI: 10.1098/rspa.1959.0200.
  19. 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.
  20. 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.
  21. Kotlyar V, Stafeev S, Zaitsev V, Kozlova E. Spin-orbital conversion with the tight focus of an axial superposition of a high-order cylindrical vector beam and a beam with linear polarization. Micromachines 2022; 13(7): 1112. DOI: 10.3390/mi13071112.
  22. Kotlyar VV, Kovalev AA, Stafeev SS, Nalimov AG, Rasouli S. Tightly focusing vector beams containing V-point polarization singularities. Opt Las Tech 2022; 145: 107479. DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.107479.

© 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