(49-4) 08 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Спиральность пучков Пуанкаре в остром фокусе
С.С. Стафеев 1,2, В.Д. Зайцев 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, 726 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1620

Страницы: 588-592.

Аннотация:
В данном исследовании была рассмотрена спиральность пучков Пуанкаре с точки зрения формализма Ричардса–Вольфа. Было показано, что спиральность для пучков Пуанкаре всегда обладает радиальной симметрией и не зависит от азимутального угла пучка. Абсолютная величина спиральности максимальна, когда полярный угол пучка равен нулю или π (полюса на сфере Пуанкаре), и отсутствует, когда он равен π/2 (экватор на сфере Пуанкаре). Ненулевые значения спиральности на оптической оси наблюдаются для порядков пучка 0, 1 и 2. Если полярный угол пучка равен нулю, интенсивность пучков Пуанкаре с точностью до множителя совпадает со спиральностью.

Ключевые слова:
острая фокусировка, формулы Ричардса–Вольфа, спиральность, киральность, пучки Пуанкаре.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 23-12-00236 (в части теории) и в рамках Государственного задания НИЦ «Курчатовский институт» (в части моделирования).

Цитирование:
Стафеев, С.С. Спиральность пучков Пуанкаре в остром фокусе / С.С. Стафеев, В.Д. Зайцев // Компьютерная оптика. – 2025. – Т. 49, № 4. – С. 588-592. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1620.

Citation:
Stafeev SS, Zaitsev VD. Helicity of Poincaré beams at a sharp focus. Computer Optics 2025; 49(4): 588-592. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1620.

References:
  1. Beckley AM, Brown TG, Alonso MA. Full Poincaré beams. Opt Express 2010; 18(10): 10777-10785. DOI: 10.1364/OE.18.010777.
  2. 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.
  3. Zhan Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications. Adv Opt Photonics 2009; 1(1): 1-57. DOI: 10.1364/AOP.1.000001.
  4. Kotlyar VV, Stafeev SS, Zaitsev VD, Telegin AM. Poincaré beams at the tight focus: Inseparability, radial spin hall effect, and reverse energy flow. Photonics 2022; 9(12): 969. DOI: 10.3390/photonics9120969.
  5. Galvez EJ, Khadka S, Schubert WH, Nomoto S. Poincaré-beam patterns produced by nonseparable superpositions of Laguerre–Gauss and polarization modes of light. Appl Opt 2012; 51(15): 2925-2934. DOI: 10.1364/AO.51.002925.
  6. Kotlyar VV, Stafeev SS, Nalimov AG. Energy backflow in the focus of a light beam with phase or polarization singularity. Phys Rev A 2019; 99: 033840. DOI: 10.1103/PhysRevA.99.033840.
  7. Leyder C, Romanelli M, Karr JP, Giacobino E, Liew TCH, Glazov MM, Kavokin AV, Malpuech G, Bramati A. Observation of the optical spin Hall effect. Nat Phys 2007; 3: 628-631. DOI: 10.1038/nphys676.
  8. Kotlyar VV, Kovalev AA, Telegin AM, Kozlova ES. Polarization strips in the focus of a generalized Poincaré beam. Photonics 2024; 11(5): 430. DOI: 10.3390/photonics11050430.
  9. Li D, Feng S, Nie S, Chang C, Ma J, Yuan C. Generation of arbitrary perfect Poincaré beams. J Appl Phys 2019; 125(7): 073105. DOI: 10.1063/1.5079850.
  10. Gu Z, Yin D, Gu F, Zhang Y, Nie S, Feng S, Ma J, Yuan C. Generation of concentric perfect Poincaré beams. Sci Rep 2019; 9: 15301. DOI: 10.1038/s41598-019-50705-z.
  11. Liu M, Huo P, Zhu W, Zhang C, Zhang S, Song M, Zhang S, Zhou Q, Chen L, Lezec HJ, Agrawal A, Lu Y, Xu T. Broadband generation of perfect Poincaré beams via dielectric spin-multiplexed metasurface. Nat Commun 2021; 12: 2230. DOI: 10.1038/s41467-021-22462-z.
  12. Bliokh KY, Kivshar YS, Nori F. Magnetoelectric Effects in Local Light-Matter Interactions. Phys Rev Lett 2014; 113: 033601. DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.033601.
  13. Lipkin DM. Existence of a new conservation law in electromagnetic theory. J Math Phys 1964; 5(5): 696-700. DOI: 10.1063/1.1704165.
  14. Tang Y, Cohen AE. Optical chirality and its interaction with matter. Phys Rev Lett 2010; 104: 163901. DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.163901.
  15. Mun J, Kim M, Yang Y, Badloe T, Ni J, Chen Y, Qiu CW, Rho J. Electromagnetic chirality: from fundamentals to nontraditional chiroptical phenomena. Light Sci Appl 2020; 9: 139. DOI: 10.1038/s41377-020-00367-8.
  16. Abujetas DR, Sánchez-Gil JA. Spin angular momentum of guided light induced by transverse confinement and intrinsic helicity. ACS Photonics 2020; 7(2): 534-545. DOI: 10.1021/acsphotonics.0c00064.
  17. Lin S, Wang D, Zheng Y, Guo L, Zhang Y, Zhuang Y, Huang L. Helicity and topological charge tunable optical vortex based on a Hermite-Gaussian beam dynamically controlled folded-cavity resonator. Front Phys 2023; 11: 1192257. DOI: 10.3389/fphy.2023.1192257.
  18. Berry MV, Dennis MR. Phase singularities in isotropic random waves. Proc R Soc London A 2000; 456(2001): 2059-2079. DOI: 10.1098/rspa.2000.0602.
  19. Babiker M, Yuan J, Koksal K, Lembessis VE. The super-chirality of vector twisted light. Opt Commun 2024; 554: 130185. DOI: 10.1016/j.optcom.2023.130185.
  20. Forbes KA. Comment on M. Babiker, J. Yuan, K. Koksal, and V. Lembessis, Optics Communications 554, 130185 (2024). Opt Commun 2024; 561: 130499. DOI: 10.1016/j.optcom.2024.130499.
  21. Richards B, Wolf E. Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic system. Proc R Soc A 1959; 253(1274): 358-379. DOI: 10.1098/rspa.1959.0200.
  22. Rashid M, Maragò OM, Jones PH. Focusing of high order cylindrical vector beams. J Opt A 2009; 11(6): 065204. DOI: 10.1088/1464-4258/11/6/065204.
  23. Kovalev AA, Kotlyar VV, Telegin AM. Optical helicity of light in the tight focus. Photonics 2023; 10(7): 719. DOI: 10.3390/photonics10070719.

© 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