(50-1) 01 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

  Полный текст (PDF)

DOI: 10.18287/COJ1672

ID статьи: 1672

Аннотация:
В данной работе рассмотрено поведение фазы и локального волнового вектора остросфокусированного оптического вихря с линейной поляризацией. Показано, что области неопределенности фазы соответствуют гигантским значениям локального волнового вектора. В отличие от скалярного приближения, когда теория предсказывает, что при фокусировке оптического вихря с большим топологическим зарядом в фокусе оптический вихрь сохраняется с тем же топологическим зарядом, непараксиальное векторное приближение показывает, что вихрь с большим топологическим зарядом в фокусе всегда распадается на несколько вихрей. Т.е. возникает несколько точек неопределенности фазы (и, как следствие, несколько областей с гигантским волновым вектором). В частности, если топологический заряд равен двум, то в фокальной плоскости наблюдается два смещенных с оптической оси оптических вихря с единичными топологическими зарядами. Если топологический заряд превышает два (т.е. три и выше), то в плоскости фокуса всегда формируется три оптических вихря, два из которых имеют единичный топологический заряд и смещены от оптической оси, а третий вихрь остается на оптической оси и имеет топологический заряд на два меньше, чем изначальный топологический заряд фокусируемого оптического вихря. При этом центры вихрей, смещенных с оптической оси, примерно соответствуют границам зон обратного потока энергии.

Ключевые слова:
острая фокусировка, оптические вихри, вектор Пойнтинга, обратный поток энергии, локальный волновой вектор.

Благодарности:
Работа выполнена при поддержке РНФ (грант 23-12-00236 (теория) и в рамках выполнения работ по Государственному заданию НИЦ «Курчатовский институт» (моделирование).

Цитирование:
Стафеев, С.С. Локальный волновой вектор вблизи зон обратного потока энергии в оптических вихрях / С.С. Стафеев, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. - 2026. - Т. 50, № 1. - 1672 - DOI: 10.18287/COJ1672.

Citation:
Stafeev SS, Kotlyar VV. Local wavevector near energy backflow zones of optical vortices. Computer Optics 2026; 50(1): 1672. DOI: 10.18287/COJ1672.

References:

1. Berry, M. V. Optical currents. J. Opt. A Pure Appl. Opt. 2009, 11, 094001, doi:10.1088/1464-4258/11/9/094001.
2. Zheludev, N.I.; Yuan, G. Optical superoscillation technologies beyond the diffraction limit. Nat. Rev. Phys. 2021, 4, 16-32, doi:10.1038/s42254-021-00382-7.
3. Aharonov, Y.; Albert, D.Z.; Vaidman, L. How the result of a measurement of a component of the spin of a spin--1/2 particle can turn out to be 100. Phys. Rev. Lett. 1988, 60, 1351-1354, doi:10.1103/PhysRevLett.60.1351.
4. Berry, M. V. A note on superoscillations associated with Bessel beams. J. Opt. 2013, 15, 044006, doi:10.1088/2040-8978/15/4/044006.
5. Berry, M. V.; Dennis, M.R. Natural superoscillations in monochromatic waves in D dimensions. J. Phys. A Math. Theor. 2009, 42, 022003, doi:10.1088/1751-8113/42/2/022003.
6. Chen, G.; Wen, Z.Q.; Qiu, C.W. Superoscillation: from physics to optical applications. Light Sci. Appl. 2019, 8, doi:10.1038/s41377-019-0163-9.
7. Rogers, E.T.F.; Zheludev, N.I. Optical super--oscillations: sub--wavelength light focusing and super--resolution imaging. J. Opt. 2013, 15, 094008, doi:10.1088/2040-8978/15/9/094008.
8. Yu, A.; Chen, G.; Zhang, Z.; Wen, Z.; Dai, L.; Zhang, K.; Jiang, S.; Wu, Z.; Li, Y.; Wang, C.; et al. Creation of Sub--diffraction Longitudinally Polarized Spot by Focusing Radially Polarized Light with Binary Phase Lens. Sci. Rep. 2016, 6, 38859, doi:10.1038/srep38859.
9. Li, M.; Li, W.; Li, H.; Zhu, Y.; Yu, Y. Controllable design of super--oscillatory lenses with multiple sub--diffraction--limit foci. Sci. Rep. 2017, 7, 1-9, doi:10.1038/s41598-017-01492-y.
10. Liu, T.; Li, G.; Hu, J.; Liu, K.; He, T.; Wan, C.; Wu, J.; Yang, S. Laser confocal positioning super--oscillatory optical microscopy. Opt. Commun. 2023, 548, 129829, doi:10.1016/j.optcom.2023.129829.
11. Rogers, E.T.F.; Quraishe, S.; Rogers, K.S.; Newman, T.A.; Smith, P.J.S.; Zheludev, N.I. Far--field unlabeled super--resolution imaging with superoscillatory illumination. APL Photonics 2020, 5, doi:10.1063/1.5144918.
12. Yuan, G.; Rogers, E.T.F.; Zheludev, N.I. "Plasmonics" in free space: observation of giant wavevectors, vortices, and energy backflow in superoscillatory optical fields. Light Sci. Appl. 2019, 8, 2, doi:10.1038/s41377-018-0112-z.
13. Stafeev, S.S.; Kotlyar, V.V.; Nalimov, A.G.; Kozlova, E.S. The Non--Vortex Inverse Propagation of Energy in a Tightly Focused High--Order Cylindrical Vector Beam. IEEE Photonics J. 2019, 11, 4500810, doi:10.1109/JPHOT.2019.2921669.
14. Kotlyar, V. V.; Stafeev, S.S.; Nalimov, A.G. 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.
15. Котляр, В.В.; Стафеев, С.С.; Налимов, А.Г. Вихревой поток энергии в остром фокусе безвихревого поля с круговой поляризацией. Компьютерная оптика 2020, 44, 5-11, doi:10.18287/2412-6179-CO-582.
16. Kotlyar, V. V.; Stafeev, S.S.; Zaitsev, V.D.; Telegin, A.M. Poincaré Beams at the Tight Focus: Inseparability, Radial Spin Hall Effect, and Reverse Energy Flow. Photonics 2022, 9, 969, doi:10.3390/photonics9120969.
17. Richards, B.; Wolf, E. Electromagnetic Diffraction in Optical Systems. II. Structure of the Image Field in an Aplanatic System. Proc. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci. 1959, 253, 358-379, doi:10.1098/rspa.1959.0200.
18. Pereira, S.F.; van de Nes, A.S. Superresolution by means of polarisation, phase and amplitude pupil masks. Opt. Commun. 2004, 234, 119-124, doi:10.1016/j.optcom.2004.02.020.
19. Youngworth, K.S.; Brown, T.G. Focusing of high numerical aperture cylindrical--vector beams. Opt. Express 2000, 7, 77-87, doi:10.1364/OE.7.000077.

---

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