(48-4) 06 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Поляризационная лента Мёбиуса в остром фокусе обобщенного пучка Пуанкаре
В.В. Котляр 1,2, А.А. Ковалёв 1,2, А.М. Телегин 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

  PDF, 1612 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1487

Страницы: 519-524.

Аннотация:
На основе формализма Ричардса–Вольфа рассмотрена острая фокусировка обобщенного пучка Пуанкаре. Получены аналитические выражения для проекций вектора напряженности электрического поля в плоскости фокуса. На примере суперпозиции плоской волны с правой круговой поляризацией и оптического вихря с топологическим зарядом –1 и левой круговой поляризацией получены выражения для распределения интенсивности и продольной проекции вектора спинового углового момента в остром фокусе. Теоретически и численно показано, что у начального пучка будет топологический заряд –1/2 и в плоскости фокуса в центре имеется С-точка (точка с круговой поляризацией, которая вдоль оптической оси создает С-линию) с индексом сингулярности –1/2 (звезда), а вектор большой оси эллипса поляризации при обходе вокруг оптической оси по окружности некоторого радиуса образует поляризационную одностороннюю полоску (ленту) Мёбиуса порядка –3/2, имеющую три полуоборота и одну «склейку», в которой рядом находятся два вектора большой оси эллипса поляризации, направленные в противоположенные стороны.

Ключевые слова:
поляризационная лента Мёбиуса, обобщённый пучок Пуанкаре, острая фокусировка, формулы Ричардса–Вольфа, спиновый угловой момент, индекс поляризационной сингулярности.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 22-12-00137) в части теории и по государственному заданию НИЦ «Курчатовский институт» в части моделирования.

Цитирование:
Котляр, В.В. Поляризационная лента Мёбиуса в остром фокусе обобщённого пучка Пуанкаре / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.М. Телегин // Компьютерная оптика. – 2024. – Т. 48, № 4. – С. 519-524. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1487.

Citation:
Kotlyar VV, Kovalev AA, Telegin AM. Polarization Möbius strip at the tight focus of a generalized Poincaré beam. Computer Optics 2024; 48(4): 519-524. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1487.

References:
  1. Freund I. Multitwist optical Möbius strips. Opt Lett 2010; 35(2): 148-150. DOI: 10.1364/OL.35.000148.
  2. Bauer T, Banzer P, Karimi E, Orlov S, Rubano A, Marrucci L, Santomato E, Boyd RW, Leuchs G. Observation of optical polarization Möbius strips. Science 2015; 347(6225): 964-966. DOI: 10.1126/science.1260635.
  3. Freund I. Cones, spirals, and Möbius strips, in elliptically polarized light. Opt Commun 2005; 249(1-3): 7-22. DOI: 10.1016/j.optcom.2004.12.052.
  4. Freund I. Optical Möbius strips, twisted ribbons, and the index theorem. Opt Lett 2011; 36(23): 4506-4508. DOI: 10.1364/OL.36.004506.
  5. Freund I. Optical Möbius strips and twisted ribbon cloaks. Opt Lett 2014; 39(4): 727-730. DOI: 10.1364/OL.39.000727.
  6. Galvez EJ, Dutta I, Beach K, Zeosky JJ, Jones JA, Khajavi B. Multitwist Möbius strips and twisted ribbons in the polarization of paraxial light beams. Sci Rep 2017; 7: 13653. DOI: 10.1038/s41598-017-13199-1.
  7. Bauer T, Neugebauer M, Leuchs G, Banzer P. Optical polarization Möbius strips and points of purely transverse spin density. Phys Rev Lett 2016; 117: 013601. DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.013601.
  8. Wan C, Zhan Q. Generation of exotic optical polarization Möbius strips. Opt Express 2019; 27(8): 11516-11524. DOI: 10.1364/OE.27.011516.
  9. Tekce K, Otte E, Denz C. Optical singularities and Möbius strip arrays in tailored non-paraxial light fields. Opt Express 2019; 27(21): 29685-29696. DOI: 10.1364/OE.27.029685.
  10. Freund I. Polarization Möbius strips on elliptical paths in three-dimensional optical fields. Opt Lett 2020; 45(12): 3333-3336. DOI: 10.1364/OL.392331.
  11. Pang X, Hu M, Liu W, Zhao X. Photonics wheels and polarization Möbius strips in highly-confined trigonometric beams. IEEE Photonics J 2022; 14(5): 6553708. DOI: 10.1109/JPHOT.2022.3205640.
  12. 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(1274): 358-379. DOI: 10.1098/rspa.1959.0200.
  13. Beckley AM, Brown TG, Alonso MA. Full Poincaré beams. Opt Express 2010; 18(10): 10777-10785. DOI: 10.1364/OE.18.010777.
  14. Koltyar 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.
  15. Kovalev AA, Kotlyar VV. Spin Hall effect of double-index cylindrical vector beams in a tight focus. Micromachines 2023; 14(2): 494. DOI: 10.3390/mi14020494.
  16. Berry MV. Index formulae for singular lines of polarization. J Opt A-Pure Appl Opt 2004; 6: 675-678. DOI: 10.1088/1464-4258/6/7/003.
  17. 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.
  18. Kotlyar VV, Stafeev SS, Kozlova ES, Butt MA. High-order orbital and spin Hall effects at the tight focus of laser beams. Photonics 2022; 9(12): 970. DOI: 10.3390/photonics9120970.

© 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