(48-2) 01 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Управление всплесками орбитального углового момента в астигматических структурированных пучках в рамках ABCD матричных преобразований
А.В. Воляр 1, М.В. Брецько 1, С.И. Халилов 1, Я.Е. Акимова 1

1 КФУ им. В.И. Вернадского, Физико-технический институт,
295007, Россия, Республика Крым, г. Симферополь, проспект Академика Вернадского, д. 4

 PDF, 1872 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1411

Страницы: 171-179.

Аннотация:
Разработан и экспериментально воплощен ABCD матричный формализм для описания структурных преобразований и орбитального углового момента структурированных Лагерр–Гауссовых пучков в астигматической оптической системе, содержащей цилиндрическую и корректирующую сферическую линзу. Показано, что матричный формализм не только хорошо согласуется с методом интегральных астигматических преобразований, но и значительно расширяет область его применения. Выявлено, что корректирующая сферическая линза способна не только разделять вихревую и астигматическую составляющие орбитального углового момента, но и превращать структурно неустойчивый астигматический Лагерр–Гауссов пучок после цилиндрической линзы в структурно устойчивый, при условии сохранения формы быстрых осцилляций и всплесков орбитального углового момента.

Ключевые слова:
вихревые пучки, ABCD-матрица, структурированный свет, орбитальный угловой момент.

Благодарности
Авторы благодарят Е.Г. Абрамочкина за полезную дискуссию.

Цитирование:
Воляр, А.В. Управление всплесками орбитального углового момента в астигматических структурированных пучках в рамках ABCD матричных преобразований / А.В. Воляр, М.В. Брецько, С.И. Халилов, Я.Е. Акимова // Компьютерная оптика. – 2024. – Т. 48, № 2. – С. 171-179. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1411.

Citation:
Volyar AV, Bretsko MV, Khalilov SI, Akimova YE. Orbital angular momentum burst control in astigmatic structured beams in ABCD-matrix transforms. Computer Optics 2024; 48(2): 171-179. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1411.

References:
  1. Kogelnik H, Li T. Laser beams and resonators. Appl Opt 1966; 5(10): 1550-1567. DOI: 10.1364/AO.5.001550.
  2. Siegman AE. Lasers. Mill Valley, CA: University Science Books; 1986. ISBN: 0-935702-11-5.
  3. Soifer VA, Golub MA. Laser beam mode selection by computer-generated holograms. Boca Raton: CRC Press; 1994. ISBN: 0-8493-2476-9.
  4. Kotlyar VV, Kovalev AA, Porfirev AP. Vortex laser beams. Boca Raton, FL: Taylor & Francis Groop LLC; 2019. DOI: 10.1201/9781351009607.
  5. Forbes A, de Oliveira M, Dennis MR. Structured light. Nat Photonics 2021; 15: 253-262. DOI: 10.1038/s41566-021-00780-4.
  6. Shen Y, Yang X, Naidoo D, Fu X, Forbes A. Structured ray-wave vector vortex beams in multiple degrees of freedom from a laser. Optica 2020; 7(7): 820-831. DOI: 10.1364/OPTICA.382994.
  7. Fadeyeva T, Rubass A, Egorov Y, Swartzlander JrG. Quadrefringence of optical vortices in a uniaxial crystal. J Opt Soc Am A 2008; 25(7): 1634-1641. DOI: 10.1364/JOSAA.25.001634.
  8. Fadeyeva T, Alexeyev C, Rubass A, Volyar A. Vector erf-Gaussian beams: Fractional optical vortices and asymmetric TE and TM modes. Opt Lett 2012; 37(9): 1397-1399. DOI: 10.1364/OL.37.001397.
  9. 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.
  10. Bélanger PA. Beam propagation and the ABCD ray matrices. Opt Lett 1991; 16(4): 196-198. DOI: 10.1364/OL.16.000196.
  11. Taché JP. Derivation of ABCD law for Laguerre-Gaussian beams. Appl Opt 1987; 26(14): 2698-2700. DOI: 10.1364/AO.26.002698.
  12. Alieva T, Bastiaans MJ. Alternative representation of the linear canonical integral transform. Opt Lett 2005; 30(24): 3302-3304. DOI: 10.1364/OL.30.003302.
  13. Alieva T, Bastiaans MJ. Mode mapping in paraxial lossless optics. Opt Lett 2005; 30(12): 1461-1463. DOI: 10.1364/OL.30.001461.
  14. Beijersbergen MW, Allen L, van der Veen HELO, Woerdman JP. Astigmatic laser mode converters and transfer of orbital angular momentum. Opt Commun 1993; 96(1): 123-132. DOI: 10.1016/0030-4018(93)90535-D.
  15. Courtial J, Padgett MJ. Performance of a cylindrical lens mode converter for producing Laguerre–Gaussian laser modes. Opt Commun 1999; 159(1): 13-18. DOI: 10.1016/S0030-4018(98)00599-9.
  16. Khonina SN, Karpeev SV, Ustinov AV. Functional enhancement of mode astigmatic converters on the basis of application of diffractive optical elements [In Russian]. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences 2009; 11(5): 13-23.
  17. Abramochkin E, Volostnikov V. Beam transformations and nontransformed beams. Opt Commun 1991; 83(1): 123-135. DOI: 10.1016/0030-4018(91)90534-K.
  18. Abramochkin E, Razueva E, Volostnikov V. General astigmatic transform of Hermite–Laguerre–Gaussian beams. J Opt Soc Am A 2010; 27(11): 2506-2513. DOI: 10.1364/JOSAA.27.002506.
  19. Abramochkin E, Volostnikov V. Modern optics of Gaussian beams [In Russian]. Moscow: “Fizmatlit” Publisher; 2010. ISBN: 978-5-9221-1216-1.
  20. Wada A, Ohtani T, Miyamoto Y, Takeda M. Propagation analysis of the Laguerre-Gaussian beam with astigmatism. J Opt Soc Am A 2005; 22(12): 2746-2755. DOI: 10.1364/JOSAA.22.002746.
  21. Bekshaev AYa, Soskin MS, Vasnetsov MV. Optical vortex symmetry breakdown and decomposition of the orbital angular momentum of light beams. J Opt Soc Am A 2003; 20(8): 1635-1643. DOI: 10.1364/JOSAA.20.001635.
  22. Shen Y, Wang X, Xie Z, Min C, Fu X, Liu Q, Gong M, Yuan X. Optical vortices 30 years on: OAM manipulation from topological charge to multiple singularities. Light Sci Appl 2019; 8(90): 90. DOI: 10.1038/s41377-019-0194-2.
  23. Alieva T, Bastiaans MJ. Orthonormal mode sets for the two-dimensional fractional Fourier transformation. Opt Lett 2007; 32(10): 1226-1228. DOI: 10.1364/OL.32.001226.
  24. Volyar A, Abramochkin E, Akimova Y, Bretsko M. Astigmatic-invariant structured singular beams. Photonics 2022; 9(11): 842. DOI: 10.3390/photonics9110842.
  25. Volyar A, Abramochkin E, Bretsko M, Khalilov S, Akimova Y. General astigmatism of structured LG beams: Evolution and transformations of the OAM super-bursts. Photonics 2023; 10(7): 727. DOI: 10.3390/photonics10070727.
  26. Bekshaev AYa, Soskin MS, Vasnetsov MV. Transformation of higher-order optical vortices upon focusing by an astigmatic lens. Opt Commun 2004; 241(4): 237-247. DOI: 10.1016/j.optcom.2004.07.023.
  27. Kotlyar VV, Kovalev AA. Orbital angular momentum of paraxial propagation-invariant laser beams. J Opt Soc Am A 2022; 39(6): 1061-1065. DOI: 10.1364/JOSAA.457660.
  28. Volyar A, Abramochkin E, Egorov Yu, Bretsko M, Akimova Ya. Fine structure of perturbed Laguerre–Gaussian beams: Hermite-Gaussian mode spectra and topological charge. Appl Opt 2020; 59(25): 7680-7687. DOI: 10.1364/AO.396557.
  29. Anan’ev YuA, Bekshaev AYa. Theory of intensity moments for arbitrary light beams. Opt Spectrosc 1994; 76(4): 558-568.
  30. Fadeyeva TA, Rubass AF, Aleksandrov RV, Volyar AV. Does the optical angular momentum change smoothly in fractional-charged vortex beams? J Opt Soc Am B 2014; 31(4): 798-805. DOI: 10.1364/JOSAB.31.000798.

© 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