Cравнение разных подходов к формированию «идеального» оптического вихря
Автор: Ковалв Алексей Андреевич, Котляр Виктор Викторович, Порфирьев Алексей Петрович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 3 т.40, 2016 года.
Бесплатный доступ
Получены точные аналитические выражения, описывающие комплексную амплитуду идеального оптического вихря, сформированного тремя разными оптическими элементами: амплитудно-фазовым с пропусканием, пропорциональным функции Бесселя, оптимальным фазовым с пропусканием, равным знаковой функции от функции Бесселя, и вихревым аксиконом. Показано, что интенсивность света на кольце больше для оптимального фазового элемента. Ширина светового кольца, сформированного вихревым аксиконом, примерно в два раза больше, чем ширина двух других колец. Таким образом, оптимальный элемент является наилучшим кандидатом для формирования идеального оптического вихря. Результаты моделирования подтверждают теоретические выводы, а результаты эксперимента согласуются с теорией и результатами моделирования.
Идеальный оптический вихрь, топологический заряд, радиус и ширина светового кольца, мода бесселя, аксикон
Короткий адрес: https://sciup.org/14059467
IDR: 14059467 | DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-3-312-321
Generating a perfect optical vortex: comparison of approaches
We derived exact analytical relationships to describe the complex amplitude of a perfect optical vortex generated by means of three different optical elements, namely, (i) an amplitude-phase element with the transmission function proportional to a Bessel function, (ii) an optimal phase element with transmission equal to the sign function of a Bessel function, and (iii) a vortex axicon. The doughnut intensity was shown to be highest when using an optimal phase element. The vortex-axicon-aided intensity ring was found to be about twice as wide as when generated using two other elements under analysis. Thus, the optimal filter was shown to be best suited for generating a perfect optical vortex. Simulation results were shown to corroborate theoretical predictions, with the experiment being in agreement with theory and simulation.
Список литературы Cравнение разных подходов к формированию «идеального» оптического вихря
- Ostrovsky, A.S. Generation of the “perfect” optical vortex using a liquid-crystal spatial light modulator/A.S. Ostrovsky, C. Rickenstorff-Parrao, V. Arrizon//Optics Letters. -2013. -Vol. 38(4). -P. 534-536.
- Chen, M. Dynamics of microparticles trapped in a perfect vortex beam/M. Chen, M. Mazilu, Y. Arita, E.M. Wright, K. Dholakia//Optics Letters. -2013. -Vol. 38(22). -P. 4919-4922.
- Vaity, P. Perfect vortex beam: Fourier transformation of a Bessel beam/P. Vaity, L. Rusch//Optics Letters. -2015. -Vol. 40. -P. 597-600.
- Jabir, M.V. Generation of “perfect” vortex of variable size and its effect in angular spectrum of the down-converted photons/M.V. Jabir, N. Apurv Chaitanya, A. Aadhi, G.K. Samanta//Scientific Reports. -2016. -Vol. 6. -21877.
- García-García, J. Simple technique for generating the perfect optical vortex/J. García-García, C. Rickenstorff-Parrao, R. Ramos-García, V. Arrizón, A. Ostrovsky//Optics Letters. -2014. -Vol. 39(18). -P. 5305-5308.
- Fedotowsky, A. Optimal filter design for annular imaging/A. Fedotowsky, K. Lehovec//Applied Optics. -1974. -Vol. 13(12). -P. 2919-2923.
- Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров/Г. Корн, Т. Корн. -М.: Наука, 1968. -720 с.
- Прудников, А.П. Интегралы и ряды. Специальные функции/А.П. Прудников, Ю.А. Брычков, О.И. Маричев. -М.: Наука, 1983. -750 с.
- Kotlyar, V.V. Diffraction of a plane, finite-radius wave by a spiral phase plate/V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, A.A. Kovalev, V.A. Soifer, H. Elfstrom, J. Turunen//Optics Letters. -2006. -Vol. 31(11). -P. 1597-1599.
- Kotlyar, V.V. Diffraction of a finite-radius plane wave and a Gaussian beam by a helical axicon and a spiral phase plate/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, R.V. Skidanov, O.Yu. Moiseev, V.A. Soifer//Journal of the Optical Society of America A. -2007. -Vol. 24(7). -P. 1955-1964.
- Kotlyar, V.V. Sidelobe contrast reduction for optical vortex beams using a helical axicon/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, V.A. Soifer, C.S. Tuvey, J.A. Davis//Optics Letters. -2007. -Vol. 32(8). -P. 921-923.
