(48-2) 02 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Фурье-инвариантный пучок Лагерра–Гаусса с автофокусировкой
В.В. Котляр 1,2, Е.Г. Абрамочкин 3, А.А. Ковалев 1,2, Е.С. Козлова 1,2, А.А. Савельева 1,2

1 Институт систем обработки изображений, НИЦ «Курчатовский институт»,
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;
3 Самарский филиал Физического института имени П.Н. Лебедева Российской академии наук,
443011, Россия, г. Самара, ул. Ново-Садовая, д. 221

 PDF, 1210 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1374

Страницы: 180-185.

Аннотация:
В работе рассмотрен новый пучок Лагерра–Гаусса, который отличается от обычных модовых пучков Лагерра–Гаусса, сохраняющих с точностью до масштаба структуру распределения интенсивности. Этот пучок не сохраняет свою структуру при распространении в свободном пространстве, но обладает интересными свойствами. Этот пучок Фурье-инвариантный и имеет в начальной плоскости (в плоскости перетяжки) и в дальней зоне дифракции увеличенную область темного. То есть диаметр центрального темного круга в сечении пучка может быть больше, чем у обычных пучков Лагерра–Гаусса. При сохранении топологического заряда пучка, меняя индексы многочлена Лагерра, можно увеличивать или уменьшать эффективный диаметр центрального темного пятна интенсивности. Кроме того, данный пучок обладает свойством автофокусировки, то есть на расстоянии Рэлея от перетяжки распределение интенсивности имеет вид светового кольца (при любом значении радиального индекса) с минимальным диаметром и максимальной интенсивностью на кольце. Данный пучок можно применять для манипулирования микрочастицами без использования дополнительной сферической линзы для его фокусировки.

Ключевые слова:
оптический вихрь, пучок Лагерра–Гаусса, преобразование Фурье, преобразование Френеля.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда грант № 22-12-00137 в части «Преобразование Френеля от пучка Лагерра–Гаусса с увеличенной областью темного» и «Моделирование» и в рамках государственного задания НИЦ «Курчатовский институт» в частях «Введение», «Заключение».

Цитирование:
Котляр, В.В. Фурье-инвариантный пучок Лагерра–Гаусса с автофокусировкой / В.В. Котляр, Е.Г. Абрамочкин, А.А. Ковалев, Е.С. Козлова, А.А. Савельева // Компьютерная оптика. – 2024. – Т. 48, № 2. – С. 180-185. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1374.

Citation:
Kotlyar VV, Abramochkin EG, Kovalev AA, Kozlova ES, Savelyeva AA. Fourier-invariant autofocused Laguerre-Gaussian beams. Computer Optics 2024; 48(2): 180-185. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1374.

References:
  1. Prentice PA, MacDonald MP, Frank TG, Cuschieri A, Spalding GC, Sibbett W, Campbell PA, Dholakia K. Manipulation and filtration of low index particles with holographic Laguerre–Gaussian optical trap arrays. Opt Express 2004; 12: 593-600. DOI: 10.1364/OPEX.12.000593.
  2. Doster T, Watnik AT. Laguerre–Gauss and Bessel–Gauss beams propagation through turbulence: analysis of channel efficiency. Appl Opt 2016; 55: 10239-10246. DOI: 10.1364/AO.55.010239.
  3. Ferlic NA, Iersel M, Paulson DA, Davis CC. Propagation of Laguerre–Gaussian and Im–Bessel beams through atmospheric turbulence: A computational study. Proc SPIE 2020; 11506: 115060H. DOI: 10.1117/12.2567348.
  4. Ghaderi GAM, Mahmoudi M. Laguerre–Gaussian modes generated vector beam via nonlinear magneto-optical rotation. Sci Rep 2021; 11: 5972. DOI: 10.1038/s41598-021-85249-8.
  5. Cao M, Yu Y, Zhang L, Ye F, Wang Y, Wei D, Zhang P, Guo W, Zhang S, Gao H, Li F. Demonstration of CNOT gate with Laguerre Gaussian beams via four-wave mixing in atom vapor. Opt Express 2014; 22: 20177-20184. DOI: 10.1364/OE.22.020177.
  6. Dedecker P, Muls B, Hofkens J, Enderlein J, Hotta J. Orientational effects in the excitation and de-excitation of single molecules interacting with donut-mode laser beams. Opt Express 2007; 15: 3372-3383. DOI: 10.1364/OE.15.003372.
  7. Bokor N, Iketaki Y, Watanabe T, Fujii M. Investigation of polarization effects for high-numerical-aperture first-order Laguerre–Gaussian beams by 2D scanning with a single fluorescent microbead. Opt Express 2005; 13: 10440-10447. DOI: 10.1364/OPEX.13.010440.
  8. Allen L, Beijersbergen MW, Spreeuw RJC, Woerdman JP, Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre–Gaussian laser modes. Phys Rev A 1992; 45: 8185-8189. DOI: 10.1103/PhysRevA.45.8185.
  9. Zhou G, Ru G. Orbital angular momentum density of an elegant Laguerre–Gaussian beam. Prog Electromagn Res 2013; 141: 751-768. DOI: 10.2528/PIER13051608.
  10. Abramochkin E, Razueva E, Volostnikov V. General astigmatic transform of Hermite–Laguerre–Gaussian beams. J Opt Soc Am A 2010; 27: 2506-2513. DOI: 10.1364/JOSAA.27.002506.
  11. Kovalev AA, Kotlyar VV, Porfirev AP. Asymmetric Laguerre–Gaussian beams. Phys Rev A 2016; 93: 063858. DOI: 10.1103/PhysRevA.93.063858.
  12. 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: 1397-1399. DOI: 10.1364/OL.37.001397.
  13. Kotlyar VV, Abramochkin EG, Kovalev AA, Savelyeva AA. Product of Two Laguerre–Gaussian Beams. Photonics 2022; 9: 496. DOI: 10.3390/photonics9070496.
  14. Bisson JF, Senatsky Y, Ueda KI. Generation of Laguerre–Gaussian modes in Nd:YAG laser using diffractive optical pumping. Laser Phys Lett 2015: 2(7): 327-333. DOI: 10.1002/lapl.200510008.
  15. Lin D, Daniel JMO, Clarkson WA. Controlling the handedness of directly excited Laguerre–Gaussian modes in a solid-state laser. Opt Lett 2014; 39(13): 3903-3906. DOI: 10.1364/OL.39.003903.
  16. Thirugnanasambandam MP, Senatsky Y. Generation of very-high order Laguerre–Gaussian modes in Yb:YAG ceramic laser. Laser Phys Lett 2010; 7(9): 637-643. DOI: 10.1002/lapl.201010044.
  17. Wang M, Ma Y, Sheng Q, He X, Liu J, Shi W, Yao J, Omatsu T. Laguerre–Gaussian beam generation via enhanced intracavity spherical aberration. Opt Express 2021; 29: 27783-27790. DOI: 10.1364/OE.436110.
  18. Abramochkin E, Volostnikov V. Beam transformations and nontransformed beams. Opt Commun 1991; 83: 123-135. DOI: 10.1016/0030-4018(91)90534-K.
  19. Matsumoto N, Ando T, Inoue T, Ohtake Y, Fukuchi N, Hara T. Generation of high-quality higher-order Laguerre–Gaussian beams using liquid-crystal-on-silicon spatial light modulators. J Opt Soc Am A 2008; 25: 1642-1651. DOI: 10.1364/JOSAA.25.001642.
  20. Kotlyar V, Kovalev A. Orbital angular momentum of paraxial propagation-invariant laser beams. J Opt Soc Am A 2022; 39: 1061-1065. DOI: 10.1364/JOSAA.457660.
  21. 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: 727. DOI: 10.3390/photonics10070727.
  22. Prudnikov AP, Brychkov YA, Marichev OI. Integrals and series, Special functions. New York: Gordon and Breach; 1981.

© 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