(50-5) 01 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Асимметрия гибридно-поляризованных пучков в остром фокусе
В.Д. Зайцев 1, С.С. Стафеев 1, Е.С. Козлова 1

1 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

  Полный текст (PDF)

DOI: 10.18287/COJ1977

ID статьи: 1977

Аннотация:
В данной работе, используя формализм Ричардса–Вольфа, мы исследуем плотность спиральности и вектор Пойнтинга гибридных векторных вихревых пучков, представляющих собой пучки с различными комбинациями топологических зарядов (порядков вихрей) и порядков поляризации. Показано, что при фокусировке оптического вихря с гибридной поляризацией как интенсивность, так и плотность спиральности не обладают радиальной симметрией, но имеют центральную симметрию. В отличие от невихревых пучков с гибридной поляризацией, наблюдается асимметрия в зонах с отрицательными и положительными значениями плотности спиральности. Например, для пучка с единичным порядком поляризации и единичным топологическим зарядом максимальные положительные значения плотности спиральности приблизительно равны половине абсолютного значения минимальных отрицательных значений. Такая асимметрия в зонах плотности спиральности ранее не наблюдалась в пучках. Также в результате исследования гибридных векторных вихревых пучков показано, что продольная компонента вектора Пойнтинга демонстрирует выраженную азимутальную асимметрию, указывающую на асимметричный продольный поток энергии в фокальной области.

Ключевые слова:
оптические вихри, гибридная поляризация, уравнения Ричардса–Вольфа, острая фокусировка света.

Благодарности:
Работа выполнена при поддержке РНФ (грант 25-29-01187).

Цитирование:
Зайцев, В.Д. Асимметрия гибридно-поляризованных пучков в остром фокусе / В.Д. Зайцев, С.С. Стафеев, Е.С. Козлова // Компьютерная оптика. – 2026. – Т. 50, № 5. – 1977. – doi: 10.18287/COJ1977.

Citation:
Zaitsev VD, Stafeev SS, Kozlova ES. Asymmetry of hybrid-polarized beams in the sharp focus. Computer Optics 2026; 50(5): 1977. doi: 10.18287/COJ1977.

References:

  1. D’Errico A, Maffei M, Piccirillo B, de Lisio C, Cardano F, Marrucci L. Topological features of vector vortex beams perturbed with uniformly polarized light. Scientific Reports 2017; 7: 40195. DOI: 10.1038/srep40195.
  2. Kotlyar VV, Kovalev AA, Zaitsev VD. Inhomogeneously polarized light fields: Polarization singularity indices derived by analogy with the topological charge. Computer Optics 2022; 46(5): 671-681. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1126.
  3. Gao XZ, Pan Y, Zhang GL, Zhao MD, Ren ZC, Tu CG, Li YN, Wang HT. Redistributing the energy flow of tightly focused ellipticity-variant vector optical fields. Photonics Research 2017; 5(6): 640-648. DOI: 10.1364/PRJ.5.000640.
  4. Kotlyar VV, Stafeev SS, Zaitsev VD, Telegin AM. Poincaré beams at the sharp focus: Inseparability, radial spin Hall effect, and reverse energy flow. Photonics 2022; 9(12): 969. DOI: 10.3390/photonics9120969.
  5. Chen J, Wan C, Zhan Q. Engineering photonic angular momentum with structured light: A review. Advanced Photonics 2021; 3(6): 064001. DOI: 10.1117/1.AP.3.6.064001.
  6. Qiu CW, Palima D, Novitsky A, Gao D. Engineering light-matter interaction for emerging optical manipulation applications. Nanophotonics 2014; 3(3): 181-201. DOI: 10.1515/nanoph-2013-0055.
  7. Kotlyar VV, Stafeev SS, Kovalev AA, Zaitsev VD. Focusing a cylindrical vector beam and the Hall effect. Computer Optics 2024; 48(1): 47-52. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1356.
  8. Kotlyar VV, Stafeev SS, Zaitsev VD. Sharp focusing of on-axis superposition of a high-order cylindrical vector beam and a beam with linear polarization. Computer Optics 2023; 47(1): 5-15. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1165.
  9. Lapin BP, Aliyeva SS, Yavorsky MA, Alexeyev CN. Optical vortices in add-drop filters. Computer Optics 2025; 49(3): 378-382. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1561.
  10. Lyu Y, Man Z, Zhao R, Meng P, Zhang W, Ge X, Fu S. Hybrid polarization induced transverse energy flow. Optics Communications 2021; 485: 126704. DOI: 10.1016/j.optcom.2020.126704.
  11. Wang XL, Li Y, Chen J, Guo CS, Ding J, Wang HT. A new type of vector fields with hybrid states of polarization. Optics Express 2010; 18(10): 10786-10795. DOI: 10.1364/OE.18.010786.
  12. Lerman GM, Stern L, Levy U. Generation and tight focusing of hybridly polarized vector beams. Optics Express 2010; 18(26): 27650-27657. DOI: 10.1364/OE.18.027650.
  13. Hu K, Chen Z, Pu J. Tight focusing properties of hybridly polarized vector beams. Journal of the Optical Society of America A 2012; 29(6): 1099-1104. DOI: 10.1364/JOSAA.29.001099.
  14. Ji K, Qin Y, Liu X, Zheng H, Ren H, Hu Y. Tight focusing of the centrosymmetric shape of hybrid polarized beams by adjustable multi-vortex phases. Laser Physics 2021; 31(4): 045001. DOI: 10.1088/1555-6611/abe7db.
  15. Khonina SN. Vortex beams with high-order cylindrical polarization: Features of focal distributions. Applied Physics B 2019; 125: 100. DOI: 10.1007/s00340-019-7212-1.
  16. Stafeev SS, Zaitsev VD, Kotlyar VV. Sharp focusing of a hybridly polarized optical vortex. Computer Optics 2024; 48(5): 655-661. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1496.
  17. Chen S, Zhou X, Liu Y, Ling X, Luo H, Wen S. Generation of arbitrary cylindrical vector beams on the higher-order Poincaré sphere. Optics Letters 2014; 39(18): 5274-5276. DOI: 10.1364/OL.39.005274.
  18. Angelsky O, Mokhun I, Bekshaev A, Zenkova C, Zheng J. Polarization singularities: Topological and dynamical aspects. Frontiers in Physics 2023; 11: 1147788. DOI: 10.3389/fphy.2023.1147788.
  19. Dennis MR, O’Holleran K, Padgett MJ. Singular optics: Optical vortices and polarization singularities. Progress in Optics 2009; 53: 293-363. DOI: 10.1016/S0079-6638(08)00205-9.
  20. Panin DN, Osipov OV. Inhomogeneous chiral metamaterials: Optical wave reflection analysis with regard to the dispersion of material parameters. Computer Optics 2024; 48(6): 809-815. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1443.
  21. Babiker M, Yuan J, Koksal K, Lembessis VE. The super-chirality of vector twisted light. Optics Communications 2024; 554: 130185. DOI: 10.1016/j.optcom.2023.130185.
  22. Forbes KA. Comment on M. Babiker, J. Yuan, K. Koksal, and V. Lembessis, Optics Communications 554, 130185 (2024). Optics Communications 2024; 561: 130499. DOI: 10.1016/j.optcom.2024.130499.
  23. Stafeev SS, Zaitsev VD, Kotlyar VV. Helicity density of higher-order Poincaré beams in tight focus. Optics Communications 2025; 583: 131803. DOI: 10.1016/j.optcom.2025.131803.
  24. Holmes BM, Galvez EJ. Poincaré Bessel beams: Structure and propagation. Journal of Optics 2019; 21(10): 104001. DOI: 10.1088/2040-8986/ab3d7d.
  25. Richards B, Wolf E. Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic system. Proceedings of the Royal Society A 1959; 253(1274): 358-379. DOI: 10.1098/rspa.1959.0200.
  26. Kotlyar VV, Stafeev SS, Kozlova ES, Nalimov AG. Spin-orbital conversion of a strongly focused light wave with high-order cylindrical-circular polarization. Sensors 2021; 21(19): 6424. DOI: 10.3390/s21196424.
  27. 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.9b01493.
  28. Kovalev A, Kotlyar V, Telegin A. Optical helicity of light in the tight focus. Photonics 2023; 10(7): 719. DOI: 10.3390/photonics10070719.
  29. Singh K, Tabebordbar N, Forbes A, Dudley A. Digital Stokes polarimetry and its application to structured light: Tutorial. Journal of the Optical Society of America A 2020; 37(11): C33-C44. DOI: 10.1364/JOSAA.397912.

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