(48-1) 05 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Фокусировка цилиндрического векторного пучка и эффект Холла
В.В. Котляр 1,2, С.С. Стафеев 1,2, А.А. Ковалёв 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 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

 PDF, 1400 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1356

Страницы: 47-52.

Аннотация:
Известно, что в сечении цилиндрического векторного пучка высокого порядка поляризация локально линейная. Причём чем выше порядок пучка, тем большее число полных оборотов совершают векторы локальной линейной поляризации при обходе вокруг оптической оси. Известно также, что цилиндрический векторный пучок с радиально-симметричной амплитудой имеет в начальной плоскости и в плоскости фокуса нулевой спиновый угловой момент и орбитальный угловой момент (так как у всех декартовых составляющих поля производная фазы по полярному углу равна нулю). В работе показано, что вблизи фокальной плоскости цилиндрического векторного пучка (до и после фокуса) формируется чётное число локальных субволновых областей, в которых вектор поляризации вращается, причём в соседних областях он вращается в разные стороны, то есть продольная проекция вектора спинового углового момента в соседних областях имеет разные знаки. При переходе через фокальную плоскость направление вращения вектора поляризации в каждой точке сечения пучка меняется на противоположное. Такое пространственное разделение левого и правого вращения векторов поляризации является проявлением оптического спинового эффекта Холла.

Ключевые слова:
спиновый эффект Холла, цилиндрический векторный пучок, острая фокусировка, спиновый угловой момент, орбитальный угловой момент.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-12-00236, в части теории). Работа также выполнена в рамках Государственного задания ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (в части моделирования).

Цитирование:
Котляр, В.В. Фокусировка цилиндрического векторного пучка и эффект Холла / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.А. Ковалёв, В.Д. Зайцев // Компьютерная оптика. – 2024. – Т. 48, № 1. – С. 47-52. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1356.

Citation:
Kotlyar VV, Stafeev SS, Kovalev AA, Zaitsev VD. Focusing a cylindrical vector beam and the Hall effect. Computer Optics 2024; 48(1): 47-52. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1356.

References:
  1. Zhan Q, Leger JR. Focus shaping using cylindrical vector beams. Opt Express 2002; 10(7): 324-331. DOI: 10.1364/OE.10.000324.
  2. Zhan Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications. Adv Opt Photon 2009; 1(1): 1-57. DOI: 10.1364/AOP.1.000001.
  3. Tidwell SC, Ford DH, Kimura WD. Generating radially polarized beams interferometrically. Appl Opt 1990; 29(15): 2234-2239. DOI: 10.1364/AO.29.002234.
  4. Moh KJ, Yuan XC, Bu J, Burge RE, Gao BZ. Generating radial or azimuthal polarization by axial sampling of circularly polarized vortex beams. Appl Opt 2007; 46(30): 7544-7551. DOI: 10.1364/AO.46.007544.
  5. Youngworth KS, Brown TG. Focusing of high numerical aperture cylindrical-vector beams. Opt Express 2000; 7(2): 77-87. DOI: 10.1364/OE.7.000077.
  6. Davidson N, Bokor N. High-numerical-aperture focusing of radially polarized doughnut beams with a parabolic mirror and a flat diffractive lens. Opt Lett 2004; 29(12): 1318-1320. DOI: 10.1364/OL.29.001318.
  7. Rashid M, Maragò OM, Jones PH. Focusing of high order cylindrical vector beams. J Opt A: Pure Appl Opt 2009; 11(6): 065204. DOI: 10.1088/1464-4258/11/6/065204.
  8. 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. DOI: 10.1016/j.rinp.2020.103455.
  9. 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.
  10. Kotlyar VV, Stafeev SS, Kovalev AA. Reverse and toroidal flux of light fields with both phase and polarization higher-order singularities in the sharp focus area. Opt Express 2019; 27(12): 16689-16702. DOI: 10.1364/OE.27.016689.
  11. Kotlyar VV, Kovalev AA, Stafeev SS, Nalimov AG, Rasouli S. Tightly focusing vector beams containing V-points polarization singularities. Opt Laser Technol 2022; 145: 107479. DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.107479.
  12. 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.
  13. 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.
  14. Bliokh KY, Ostrovskaya EA, Alonso MA, Rodríguez-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.
  15. Born M, Wolf E. Principles of optics: electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. 6th ed. Oxford, New York: Pergamon Press; 1980. ISBN: 0-08-026482-4.
  16. 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.
  17. Humblet J. Sur le moment d’impulsion d’une onde électromagnétique. Physica 1943; 10(7): 585-603. DOI: 10.1016/S0031-8914(43)90626-3.
  18. Bliokh K, Bekshaev A, Nori F. Extraordinary momentum and spin in evanescent waves. Nat Commun 2014; 5: 3300. DOI: 10.1038/ncomms4300.
  19. Bliokh KY, Bekshaev AY, Nori F. Corrigendum: Dual electromagnetism: helicity, spin, momentum, and angular momentum (2013 New J. Phys. 15 033026). New J Phys 2016; 18(8): 089503. DOI: 10.1088/1367-2630/18/8/089503.
  20. Wen D, Yue F, Kumar S, Ma Y, Chen M, Ren X, Kremer PE, Gerardot BD, Taghizadeh MR, Buller GS, Chen X. Metasurface for characterization of the polarization state of light. Opt Express 2015; 23(8): 10272-10281. DOI: 10.1364/OE.23.010272.
  21. Wen D, Yue F, Li G, Zheng G, Chan K, Chen S, Chen M, Li KF, Wong PWH, Cheah KW, Pun EYB, Zhang S, Chen X. Helicity multiplexed broadband metasurface holograms. Nat Commun 2015; 6: 8241. DOI: 10.1038/ncomms9241.
  22. Khorasaninejad M, Chen WT, Zhu AY, Oh J, Devlin RC, Rousso D, Capasso F. Multispectral chiral imaging with a metalens. Nano Lett 2016; 16(7): 4595-4600. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01897.
  23. Ma A, Intaravanne Y, Han J, Wang R, Chen X. Polarization detection using light’s orbital angular momentum. Adv Opt Mater 2020; 8(18): 2000484. DOI: 10.1002/adom.202000484.

© 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