Исследование орбитального углового момента суперпозиций бездифракционных пучков Бесселя с комплексным смещением
Автор: Ковалв Алексей Андреевич, Котляр Виктор Викторович, Порфирьев Алексей Петрович, Калинкина Дарья Сергеевна
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 2 т.39, 2015 года.
Бесплатный доступ
Получено аналитическое выражение для расчёта нормированного орбитального углового момента (ОУМ) для суперпозиции смещённых с оптической оси пучков Бесселя с одинаковым топологическим зарядом. Это выражение позволяет формировать бездифракционные пучки с разным распределением интенсивности, но с одинаковым ОУМ. Показано также, что комплексное смещение пучка Бесселя приводит к изменению распределения интенсивности в сечении пучка и изменению его ОУМ. Суперпозиция двух и более пучков Бесселя с комплексным смещением может не менять ОУМ, хотя распределение интенсивности будет меняться. Эксперимент хорошо согласуется с теорией.
Бездифракционный лазерный пучок, непараксиальная мода бесселя, орбитальный угловой момент, комплексное смещение решения уравнения гельмгольца, модулятор света
Короткий адрес: https://sciup.org/14059345
IDR: 14059345
Research of orbital angular momentum of superpositions of diffraction-free Bessel beams with a complex shift
We derive an analytical relationship for calculating the normalized orbital angular momentum (OAM) of the superposition of off-axis Bessel beams characterized by the same topological charge. This relationship enables generating nondiffractive beams with different intensity distributions but identical OAM. As a result of a complex shift of the Bessel beam, the transverse intensity distribution and OAM of the beam are also shown to change. We show that in the superposition of two or more complex-shifted Bessel beams, the OAM may remain unchanged, while the intensity distribution is changed. Numerical simulation is in good agreement with theory.
Список литературы Исследование орбитального углового момента суперпозиций бездифракционных пучков Бесселя с комплексным смещением
- Durnin, J. Exact solution for nondiffractive beams. I. The scalar theory/J. Durnin//Journal of the Optical Society of America A. -1987. -Vol. 4, Issue 4. -P. 651-654.
- Durnin, J. Diffractive-free beams/J. Durnin, J.J. Miceli, J.H. Eberly//Physical Review Letters. -1987. -Vol. 58, Issue 15. -P. 1499-1501.
- Turunen, J. Holographic generation of diffractive-free beams/J. Turunen, A. Vasara, A.T. Friberg//Applied Optics. -1988. -Vol. 27, Issue 19. -P. 3959-3962.
- Vasara, A. Realization of general nondiffracting beams with computer-generated holograms/A. Vasara, J. Turunen, A.T. Friberg//Journal of the Optical Society of America A. -1989. -Vol. 6, Issue 11. -P. 1748-1754.
- MacDonald, R.P. Interboard optical data distribution by Bessel beam shadowing/R.P. MacDonald, S.A. Boothroyd, T. Okamato, J. Chrostowski, B.A. Syrett//Optics Communications. -1996. -Vol. 122. -P. 169-177.
- McQueen, C.A. An experiment to study a “nondiffracting” light beam/C.A. McQueen, J. Arlt, K. Dholakia//American Journal of Physics. -1999. -Vol. 67. -P. 912-915.
- Barnett, S.M. Orbital angular momentum and nonparaxial light-beams/S.M. Barnett, L. Allen//Optics Communications. -1994. -Vol. 110. -P. 670-678.
- Volke-Sepulveda, K. Orbital angular momentum of a high-order Bessel light beam/K. Volke-Sepulveda, V. Garcés-Chávez, S. Chávez-Cedra, J. Arlt, K. Dholakia//Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics. -2002. -Vol. 4. -P. S82-S89.
- Kotlyar, V.V. Algorithm for the generation of non-diffracting Bessel modes/V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, V.A. Soifer//Journal of Modern Optics. -1995. -Vol. 42, Issue 6. -P. 1231-1239.
- Kotlyar, V.V. An algorithm for the generation of laser beams with londitudinal periodicity: rotating images/V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, V.A. Soifer//Journal of Modern Optics. -1997. -Vol. 44, Issue 7. -P. 1409-1416.
- Paakkonen, P. Rotating optical fields: experimental demonstration with diffractive optics/P. Paakkonen, J. Lautanen, M. Honkanen, M. Kuittinen, J. Turunen, S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, A.T. Friberg//Journal of Modern Optics. -1998. -Vol. 45, Issue 11. -P. 2355-2369.
- Khonina, S.N. Generating a couple of rotating nondiffracting beams using a binary-phase DOE/S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, J. Lautanen, M. Honkanen, J. Turunen//Optik. -1999. -Vol. 110, Issue 3. -P. 137-144.
- Lee, H.S. Holographic nondiverging hollow beam/H.S. Lee, B.W. Stewart, K. Choi, H. Fenichel//Physical Review A. -1994. -Vol. 49, Issue 6. -P. 4922-4927.
- Herman, R.M. Production and uses of diffractionless beams/R.M. Herman, T.A. Wiggins//Journal of the Optical Society of America A. -1991. -Vol. 8, Issue 6. -P. 932-942.
- Arlt, J. Generation of high-order Bessel beams by use of an axicon/J. Arlt, K. Dholakia//Optics Communications. -2000. -Vol. 177. -P. 297-301.
- Kotlyar, V.V. Trochoson/V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, V.A. Soifer, G.V. Uspleniev, M.V. Shinkarev//Optics Communications. -1992. -Vol. 91, Issue 3-4. -P. 158-162.
- Devis, J.A. Intensity and phase measurements of nondiffracting beams generated with a magneto-optic spatial light modulator/J.A. Devis, E. Carcole, D.M. Cottrell//Applied Optics. -1996. -Vol. 35, Issue 4. -P. 593-598.
- Khonina, S.N. Astigmatic Bessel laser beams/S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, K. Jefimovs, P. Paakkonen, J. Turunen//Journal of Modern Optics. -2004. -Vol. 51, Issue 5. -P. 677-686.
- MacDonald, M.P. Creation and manipulation of three-dimensional optically trapped structures/M.P. MacDonald, L. Paterson, K. Volke-Sepulveda, J. Arlt, W. Sibbett, K. Dholakia//Science. -2002. -Vol. 296. -P. 1101-1103.
- Garces-Chavez, V. Simultaneous micromanipulation in multiple planes using a self-reconstructing light beam/V. Garces-Chavez, D. McGloin, H. Melville, W. Sibbett, K. Dholakia//Nature. -2002. -Vol. 419. -P. 145-147.
- Khonina, S.N. Rotation of microparticles with Bessel beams generated by diffractive elements/S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, R.V. Skidanov, V.A. Soifer, K. Jefimovs, J. Simonen, J. Turunen//Journal of Modern Optics. -2004. -Vol. 51, Issue 14. -P. 2167-2184.
- Arlt, J. Atom guiding long Laguerre-Gaussian and Bessel beams/J. Arlt, T. Hitomi, K. Dholakia//Applied Physics B: Lasers and Optics. -2000. -Vol. 71, Issue 4. -P. 549-554.
- Arlt, J. Optical dipole traps and atomic waveguides based on Bessel light beams/J. Arlt, K. Dholakia, J. Soneson, E.M. Wright//Physical Review A. -2001. -Vol. 63. -P. 063602.
- Kotlyar, V.V. Hankel-Bessel laser beams/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, V.A. Soifer//Journal of the Optical Society of America A. -2012. -Vol. 29, Issue 5. -P. 741-747.
- Zhu, Y. Probability density of the orbital angular momentum mode of Hankel-Bessel beams in an atmospheric turbulence/Y. Zhu, X. Liu, J. Gao, Y. Zhang, F. Zhao//Optics Express. -2014. -Vol. 22, Issue 7. -P. 7765-7772.
- Bouchal, Z. Non-diffractive vector Bessel beams/Z. Bouchal, M. Olivik//Journal of Modern Optics. -1995. -Vol. 42, Issue 8. -P. 1555-1566.
- Yu, Y.Z. Vector analysis of nondiffracting Bessel beams/Y.Z. Yu, W.B. Dou//Progress In Electromagnetics Research Letters. -2008. -Vol. 5. -P. 57-71.
- Litvin, I.A. Poynting vector and orbital angular momentum density of superpositions of Bessel beams/I.A. Litvin, A. Dudley, A. Forbes//Optics Express. -2011. -Vol. 19, Issue 18. -P. 16760-16771.
- Chen, Y.F. Generation of large orbital angular momentum from superposed Bessel beams corresponding to resonant geometric modes/Y.F. Chen, Y.C. Lin, W.Z. Zhuang, H.C. Liang, K.W. Su, K.F. Huang//Physical Review A. -2012. -Vol. 85. -P. 043833.
- Kotlyar, V.V. Asymmetric Bessel modes/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, V.A. Soifer//Optics Letters. -2014. -Vol. 39, Issue 8. -P. 2395-2398.
- Kotlyar, V.V. Assymetric Bessel-Gauss beams/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, R.V. Skidanov, V.A. Soifer//Journal of the Optical Society of America A. -2014. -Vol. 31, Issue 9. -P. 1977-1983.
- Gong, L. Observation of the asymmetric Bessel bems with arbitrary orientation using a digital micromirror device/L. Gong, X. Qui, Y. Ren, H. Zhu, W. Liu, J. Zhou//Optics Express. -2014. -Vol. 22, Issue 22. -P. 26763-26776.
- Sheppard, C.J.R. Two-dimensional complex source point solutions: application to propagationally invarint beams, optical fiber modes, planar waveguides, and plasmonic devices/C.J.R. Sheppard, S.S. Kou, J. Lin//Journal of the Optical Society of America A. -2014. -Vol. 31, Issue 12. -P. 2674-2679.
