(49-1) 01 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Номер скирмиона для обобщенного векторного 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, 1056 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1507

Страницы: 5-12.

Аннотация:
Исследованы два начальных векторных поля типа пучков Пуанкаре, которые можно рассматривать как оптические скирмионы – топологические квазичастицы. Для них получены явные выражения для проекций трёхмерного векторного поля скирмиона в начальной плоскости и номера скирмионов, которые пропорциональны топологическим зарядам оптических вихрей, входящих в пучки Пуанкаре. Получена новая конструктивная формула для эффективного расчета номера скирмиона через проекции нормированного вектора Стокса, а не через проекции векторного поля скирмиона. Номера скирмионов, рассчитанные по известной и новой формуле, совпадают. Показано также, что номера каждой проекции трёхмерного векторного поля скирмиона равны одной третьей от полного номера скирмиона. Моделирование подтверждает выводы теории.

Ключевые слова:
квазичастица, оптический скирмион, пучок Пуанкаре, оптический вихрь, вектор Стокса, номер скирмиона.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 23-12-00236) в части теории и моделирования и по государственному заданию НИЦ «Курчатовский институт» в части Введения и Заключения.

Цитирование:
Котляр, В.В. Номер скирмиона для обобщенного векторного пучка Пуанкаре / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.М. Телегин // Компьютерная оптика. – 2025. – Т. 49, № 1. – С. 5-12. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1507.

Citation:
Kotlyar VV, Kovalev AA, Telegin AM. Skyrmion number for a generalized vector Poincaré beam. Computer Optics 2025; 49(1): 5-12. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1507.

References:
  1. Skyrme THR. A non-linear field theory. Proc R Soc Lond A 1961; 260(1300): 127-138. DOI: 10.1098/rspa.1961.0018.
  2. Gao S, Speirits FC, Castellucci F, Franke-Arnold S, Barnett SM, Götte JB. Erratum: Paraxial skyrmionic beams [Phys. Rev. A 102, 053513 (2020)]. Phys Rev A 2021; 104(4): 049901. DOI: 10.1103/PhysRevA.104.049901.
  3. Shen Y, Martínez EC, Rosales-Guzmán C. Generation of optical skyrmions with tunable topological textures. ACS Photonics 2022; 9(1): 296-303. DOI: 10.1021/acsphotonics.1c01703.
  4. Cisowski C, Ross C, Franke-Arnold S. Building paraxial optical skyrmions using rational maps. Adv Photonics Res 2023; 4(4): 2200350. DOI: 10.1002/adpr.202200350.
  5. Gutiérrez-Cuevas R, Pisanty E. Optical polarization skyrmionic fields in free space. J Opt 2021; 23(2): 024004. DOI: 10.1088/2040-8986/abe8b2.
  6. Shen Y, Zhang Q, Shi P, Du L, Yuan X, Zayats AV. Optical skyrmions and other topological quasiparticles of light. Nat Photon 2024; 18(1): 15-25. DOI: 10.1038/s41566-023-01325-7.
  7. Cao S, Du L, Shi P, Yuan X. Topological state transitions of skyrmionic beams under focusing configurations. Opt Express 2024; 32(3): 4167-4179. DOI: 10.1364/OE.514440.
  8. Gao S, Speirits FC, Castellucci F, Franke-Arnold S, Barnett SM, Götte JB. Paraxial skyrmionic beams. Phys Rev A 2020; 102(5): 053513. DOI: 10.1103/PhysRevA.102.053513.
  9. McWilliam A, Cisowski CM, Ye Z, Speirits FC, Götte JB, Barnett SM, Franke-Arnold S. Topological approach of characterizing optical skyrmions and multi-skyrmions. Laser Photonics Rev 2023; 17(9): 2300155. DOI: 10.1002/lpor.202300155.
  10. Berry MV. Optical vortices evolving from helicoidal integer and fractional phase steps. J Opt A: Pure Appl Opt 2004; 6(2): 259. DOI: 10.1088/1464-4258/6/2/018.
  11. Beckley AM, Brown TG, Alonso MA. Full Poincaré beams. Opt Express 2010; 18(10): 10777-10785. DOI: 10.1364/OE.18.010777.
  12. Chen S, Zhou X, Liu Y, Ling X, Luo H, Wen S. Generation of arbitrary cylindrical vector beams on the higher order Poincaré sphere. Opt Lett 2014; 39(18): 5274-5276. DOI: 10.1364/OL.39.005274.
  13. Kotlyar VV, Kovalev AA, Stafeev SS, Zaitsev VD. Index of the polarization singularity of Poincare beams. Bull Russ Acad Sci Phys 2022; 86(10): 1158-1163. DOI: 10.3103/S1062873822100112.
  14. Teng H, Zhong J, Chen J, Lei X, Zhan Q. Physical conversion and superposition of optical skyrmion topologies. Photonics Res 2023; 11(12): 2042-2053. DOI: 10.1364/PRJ.499485.
  15. 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.
  16. Barnett SM, Allen L. Orbital angular momentum and nonparaxial light beams. Opt Commun 1994; 110(5-6): 670-678. DOI: 10.1016/0030-4018(94)90269-0.
  17. 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.
  18. Freund I. Poincaré vortices. Opt Lett 2001; 26(24): 1996-1998. DOI: 10.1364/OL.26.001996.
  19. Freund I. Polarization singularity indices in Gaussian laser beams. Opt Commun 2002; 201(4-6): 251-270. DOI: 10.1016/S0030-4018(01)01725-4.
  20. Kotlyar VV, Kovalev AA, Zaitsev VD. Topological charge of light fields with a polarization singularity. Photonics 2022; 9(5): 298. DOI: 10.3390/photonics9050298.

© 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