(49-2) 02 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Общий топологический заряд нескольких одинаковых внеосевых вихревых световых пучков произвольной радиально-симметричной формы
А.А. Ковалёв 1,2, В.В. Котляр 1,2, А.Г. Налимов 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

  PDF, 2537 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1518

Страницы: 173-179.

Аннотация:
Рассматривается топологический заряд суперпозиции параллельных одинаковых вихревых пучков произвольной формы – пучков Лагерра–Гаусса или Бесселя–Гаусса или других вихревых пучков с радиально-симметричным распределением интенсивности. Известно, что если фазы всех пучков в суперпозиции одинаковые, то топологический заряд всей суперпозиции равен топологическому заряду отдельного пучка n. В работе показано, что если пучки расположены на окружности и их фазы линейно возрастают на ней так, что разность фаз между соседними пучками на окружности равна 2πp/N, где N – число пучков, р – целое число, то топологический заряд суперпозиции будет равен n+p.

Ключевые слова:
топологический заряд, суперпозиции параллельных пучков, вихревой пучок.

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:
Ковалёв, А.А. Общий топологический заряд нескольких одинаковых внеосевых вихревых световых пучков произвольной радиально-симметричной формы / А.А. Ковалёв, В.В. Котляр, А.Г. Налимов // Компьютерная оптика. – 2025. – Т. 49, № 2. – С. 173-179. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1518.

Citation:
Kovalev AA, Kotlyar VV, Nalimov AG. Common topological charge of several similar off-axis vortex light beams of arbitrary rotationally symmetric shape. Computer Optics 2025; 49(2): 173-179. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1518.

References:
  1. 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(11): 8185. DOI: 10.1103/PhysRevA.45.8185.
  2. 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.
  3. Volyar A, Bretsko M, Akimova Y, Egorov Y. Measurement of the vortex and orbital angular momentum spectra with a single cylindrical lens. Appl Opt 2019; 58(21): 5748-5755. DOI: 10.1364/AO.58.005748.
  4. Volyar A, Bretsko M, Akimova Y, Egorov Y. Measurement of the vortex spectrum in a vortex-beam array without cuts and gluing of the wavefront. Opt Lett 2018; 43(22): 5635-5638. DOI: 10.1364/OL.43.005635.
  5. Kovalev AA, Kotlyar VV, Nalimov AG. Topological charge and asymptotic phase invariants of vortex laser beams. Photonics 2021; 8(10): 445. DOI: 10.3390/photonics8100445.
  6. Le DH, Pal A, Qadeer A, Kleinert M, Kleinert J, Goel S, Khare K, Bhattacharya M. Conservation of extremal ellipticity for coherent single mode Gaussian beams propagating in rotationally invariant media. Opt Commun 2022; 503: 127465. DOI: 10.1016/j.optcom.2021.127465.
  7. Anderson ME, Bigman H, de Araujo LE, Chaloupka JL. Measuring the topological charge of ultrabroadband, optical-vortex beams with a triangular aperture. J Opt Soc Am B 2012; 29(8): 1968-1976. DOI: 10.1364/JOSAB.29.001968.
  8. Vaity P, Banerji J, Singh RP. Measuring the topological charge of an optical vortex by using a tilted convex lens. Phys Lett A 2013; 377(15): 1154-1156. DOI: 10.1016/j.physleta.2013.02.030.
  9. Zhu J, Zhang P, Li Q, Wang F, Wang C, Zhou Y, Wang J, Gao H, Kwek LC, Li F. Measuring the topological charge of orbital angular momentum beams by utilizing weak measurement principle. Sci Rep 2019; 9(1): 7993. DOI: 10.1038/s41598-019-44465-z.
  10. Ge H, Long ZW, Xu XY, Hua JG, Liu Y, Xie BY, Jiang JH, Lu MH, Chen YF. Direct measurement of acoustic spectral density and fractional topological charge. Phys Rev Appl 2023; 19(3): 034073. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.034073.
  11. Shikder A, Nishchal NK. Measurement of the fractional topological charge of an optical vortex beam through interference fringe dislocation. Appl Opt 2023; 62(10): D58-D67. DOI: 10.1364/AO.476455.
  12. Wang D, Huang H, Toyoda H, Liu H. Topological charge detection using generalized contour-sum method from distorted donut-shaped optical vortex beams: experimental comparison of closed path determination methods. Appl Sci 2019; 9(19): 3956. DOI: 10.3390/app9193956.
  13. Guo M, Le W, Wang C, Rui G, Zhu Z, He J, Gu B. Generation, topological charge, and orbital angular momentum of off-axis double vortex beams. Photonics 2023; 10(4): 368. DOI: 10.3390/photonics10040368.
  14. Peters E, Funes G, Martínez-León L, Tajahuerce E. Dynamics of fractional vortex beams at Fraunhofer diffraction zone. Photonics 2022; 9(7): 479. DOI: 10.3390/photonics9070479.
  15. Peters E, Funes G, Martínez-León L, Tajahuerce E. Analysis of practical fractional vortex beams at far field. Opt Laser Technol 2022; 156: 108480. DOI: 10.1016/j.optlastec.2022.108480.
  16. Jesus-Silva AJ, Fonseca EJS, Hickmann JM. Study of the birth of a vortex at Fraunhofer zone. Opt Lett 2012; 37(21): 4552-4554. DOI: 10.1364/OL.37.004552.
  17. Wen J, Wang LG, Yang X, Zhang J, Zhu SY. Vortex strength and beam propagation factor of fractional vortex beams. Opt Express 2019; 27(4): 5893-5904. DOI: 10.1364/OE.27.005893.
  18. Kotlyar V, Kovalev A, Nalimov A, Porfirev A. Evolution of a vortex with an initial fractional topological charge. Phys Rev A 2020; 102(2): 023516. DOI: 10.1103/PhysRevA.102.023516.
  19. Akulshin AM, Novikova I, Mikhailov EE, Suslov SA, McLean RJ. Arithmetic with optical topological charges in stepwise-excited Rb vapor. Opt Lett 2016; 41(6): 1146-1149. DOI: 10.1364/OL.41.001146.
  20. Meng F, Wei XG, Qu YJ, Chen Y, Zhang XJ, Kang ZH, Wang L, Wang HH, Gao JY. Arithmetic operation of orbital angular momentum of light via slow-light four-wave mixing. J Lumin 2022; 242: 118551. DOI: 10.1016/j.jlumin.2021.118551.
  21. Kovalev AA, Kotlyar VV, Kozlova ES, Butt MA. Dividing the topological charge of a Laguerre–Gaussian beam by 2 using an off-axis Gaussian beam. Micromachines 2022; 13(10): 1709. DOI: 10.3390/mi13101709.
  22. Kotlyar VV, Kovalev AA, Kozlova ES, Savelyeva AA. Tailoring the topological charge of a superposition of identical parallel Laguerre–Gaussian beams. Micromachines 2022; 13(12): 2227. DOI: 10.3390/mi13122227.
  23. Aksenov VP, Dudorov VV, Kolosov VV. Properties of vortex beams formed by an array of fibre lasers and their propagation in a turbulent atmosphere. Quantum Electron 2016; 46(8): 726. DOI: 10.1070/QEL16088.
  24. Aksenov VP, Dudorov VV, Kolosov VV, Levitsky ME. Synthesized vortex beams in the turbulent atmosphere. Front Phys 2020; 8: 143. DOI: 10.3389/fphy.2020.00143.
  25. Wang LG, Wang LQ, Zhu SY. Formation of optical vortices using coherent laser beam arrays. Opt Commun 2009; 282(6): 1088-1094. DOI: 10.1016/j.optcom.2008.12.004.
  26. Izdebskaya Y, Fadeyeva T, Shvedov V, Volyar A. Vortex-bearing array of singular beams with very high orbital angular momentum. Opt Lett 2006; 31(17): 2523-2525. DOI: 10.1364/OL.31.002523.
  27. Long J, Hou T, Chang Q, Yu T, Su R, Ma P, Ma Y, Zhou P, Si L. Generation of optical vortex lattices by a coherent beam combining system. Opt Lett 2021; 46(15): 3665-3668. DOI: 10.1364/OL.425186.
  28. Izdebskaya Y, Shvedov V, Volyar A. Symmetric array of off-axis singular beams: spiral beams and their critical points. J Opt Soc Am A 2008; 25(1): 171-181. DOI: 10.1364/JOSAA.25.000171.
  29. 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.
  30. Goodman JW. Introduction to Fourier Optics. 2nd ed. New York: McGraw-Hill; 1996. ISBN: 0-07-024254-2.

© 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