Дифракция Френеля и Фраунгофера гауссова пучка с несколькими поляризационными сингулярностями

Дифракция Френеля и Фраунгофера гауссова пучка с несколькими поляризационными сингулярностями

Автор: Ковалв Алексей Андреевич, Котляр Виктор Викторович

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 2 т.42, 2018 года.

Бесплатный доступ

В световых полях, наряду с фазовыми сингулярностями, существуют поляризационные сингулярности - изолированные нули интенсивности с радиальной, азимутальной или радиально-азимутальной поляризацией вокруг них. В данной работе исследуются Гауссовы пучки с несколькими произвольно расположенными поляризационными сингулярностями. Получено аналитическое выражение для их комплексной амплитуды. Рассмотрен частный случай, когда поляризационные сингулярности расположены в вершинах правильного многоугольника. Если в таком пучке одна или две поляризационные сингулярности, то это точки с радиальной поляризацией. Если четыре поляризационные сингулярности, то имеются также две точки с азимутальной поляризацией. Показано, что при распространении в пространстве поляризационные сингулярности могут появляться лишь в дискретном наборе плоскостей, в отличие от фазовых сингулярностей, которые имеются в любой поперечной плоскости. В случае двух поляризационных сингулярностей обнаружено преобразование их поляризации с радиальной в начальной плоскости в азимутальную в дальней зоне.

Еще

Гауссов пучок, поляризационная сингулярность, радиальная поляризация, азимутальная поляризация

Короткий адрес: https://sciup.org/140228715

IDR: 140228715   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-2-179-189

Список литературы Дифракция Френеля и Фраунгофера гауссова пучка с несколькими поляризационными сингулярностями

  • Dennis, M.R. Singular optics: Optical vortices and polarization singularities/M.R. Dennis, K. O'Holleran, M.J. Padgett//Progress in Optics. -2009. -Vol. 53. -P. 293-363. - DOI: 10.1016/S0079-6638(08)00205-9
  • Tidwell, S.C. Generating radially polarized beams interferometrically/S.C. Tidwell, D.H. Ford, W.D. Kimura//Applied Optics. -1990. -Vol. 29, Issue 15. -P. 2234-2239. - DOI: 10.1364/AO.29.002234
  • Oron, R. The formation of laser beams with pure azimuthal or radial polarization/R. Oron, S. Blit, N. Davidson, A.A. Friesem, Z. Bomzon, E. Hasman//Applied Physics Letters. -2000. -Vol. 77, Issue 21. -3322. - DOI: 10.1063/1.1327271
  • Flossmann, F. Polarization singularities from unfolding an optical vortex through a birefringent crystal/F. Flossmann, U.T. Schwarz, M. Maier, M.R. Dennis//Physical Review Letters. -2005. -Vol. 95, Issue 25. -253901. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.95.253901
  • Kozawa, Y. Generation of a radially polarized laser beam by use of a conical Brewster prism/Y. Kozawa, S. Sato//Optics Letters. -2005. -Vol. 30, Issue 22. -P. 3063-3065. - DOI: 10.1364/OL.30.003063
  • Lai, W.J. Generation of radially polarized beam with a segmented spiral varying retarder/W.J. Lai, B.C. Lim, P.B. Phua, K.S. Tiaw, H.H. Teo, M.H. Hong//Optics Express. -2008. -Vol. 16, Issue 20. -P. 15694-15699. - DOI: 10.1364/OE.16.015694
  • Zhu, S. Generation and propagation of a vector cosine-Gaussian correlated beam with radial polarization/S. Zhu, Y. Chen, J. Wang, H. Wang, Z. Li, Y. Cai//Optics Express. -2015. -Vol. 23, Issue 26. -P. 33099-33115. - DOI: 10.1364/OE.23.033099
  • Fu, S. Generating polarization vortices by using helical beams and a Twyman Green interferometer/S. Fu, C. Gao, Y. Shi, K. Dai, L. Zhong, S. Zhang//Optics Letters. -2015. -Vol. 40, Issue 8. -P. 1775-1778. - DOI: 10.1364/OL.40.001775
  • Zhan, Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications/Q. Zhan//Advances in Optics and Photonics. -2009. -Vol. 1, Issue 1. -P. 1-57. - DOI: 10.1364/AOP.1.000001
  • Fu, S. Simultaneous generation of multiple perfect polarization vortices with selective spatial states in various diffraction orders/S. Fu, C. Gao, T. Wang, S. Zhang, Y. Zhai//Optics Letters. -2016. -Vol. 41, Issue 23. -P. 5454-5457. - DOI: 10.1364/OL.41.005454
  • Dorn, R. Sharper focus for a radially polarized light beam/R. Dorn, S. Quabis, G. Leuchs//Physical Review Letters. -2003. -Vol. 91, Issue 23. -233901. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.91.233901
  • Urbach, H.P. Field in focus with a maximum longitudinal electric component/H.P. Urbach, S.F. Pereira//Physical Review Letters. -2008. -Vol. 100, Issue 12. -123904. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.123904
  • Segawa, S. Demonstration of subtraction imaging in confocal microscopy with vector beams/S. Segawa, Y. Kozawa, S. Sato//Optics Letters. -2014. -Vol. 39, Issue 15. -P. 4529-4532. - DOI: 10.1364/OL.39.004529
  • Yu, A. Creation of sub-diffraction longitudinally polarized spot by focusing radially polarized light with binary phase lens/A. Yu, G. Chen, Z. Zhang, Z. Wen, L. Dai, K. Zhang, S. Jiang, Z. Wu, Y. Li, C. Wang, X. Luo//Scientific Reports. -2016. -Vol. 6. -38859. - DOI: 10.1038/srep38859
  • Sedukhin, A.G. Efficient tight focusing of laser beams optimally matched to their thin-film linear-to-radial polarization conversion: Method, implementation, and field near focus/A.G. Sedukhin, A.G. Poleshchuk//Optics Communications. -2018. -Vol. 407. -P. 217-226. - DOI: 10.1016/j.optcom.2017.09.042
  • Tan, Q. A new optical voltage sensor based on radial polarization detection/Q. Tan, Q. Xu, N. Xie, C. Li//IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. -2017. -Vol. 66, Issue 1. -P. 158-164. - DOI: 10.1109/TIM.2016.2621198
  • Bao, Y. Plasmonic toroidal dipolar response under radially polarized excitation/Y. Bao, X. Zhu, Z. Fang//Scientific Reports. -2015. -Vol. 5. -11793. - DOI: 10.1038/srep11793
  • Roy, S. Radially polarized light for detection and nanolocalization of dielectric particles on a planar substrate/S. Roy, K. Ushakova, Q. van den Berg, S. F. Pereira, H. P. Urbach//Physical Review Letters. -2015. -Vol. 114, Issue 10. -103903. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.103903
  • Milione, G. 4 × 20 Gbit/s mode division multiplexing over free space using vector modes and a q-plate mode (de)multiplexer/G. Milione, M.P.J. Lavery, H. Huang, Y. Ren, G. Xie, Th.A. Nguyen, E. Karimi, L. Marrucci, D.A. Nolan, R.R. Alfano, A.E. Willner//Optics Letters. -2015. -Vol. 40, Issue 9. -P. 1980-1983. - DOI: 10.1364/OL.40.001980
  • Peng, X. Propagation of a radially polarized twisted Gaussian Schell-model beam in turbulent atmosphere/X. Peng, L. Liu, J. Yu, X. Liu, Y. Cai, Y. Baykal, W. Li//Journal of Optics. -2016. -Vol. 18, Issue 12. -125601. - DOI: 10.1088/2040-8978/18/12/125601
  • Tang, M. Propagation of radially polarized beams in the oceanic turbulence/M. Tang, D. Zhao//Applied Physics B: Lasers and Optics. -2013. -Vol. 111, Issue 4. -P. 665-670. - DOI: 10.1007/s00340-013-5394-5
  • Hao, X. Phase encoding for sharper focus of the azimuthally polarized beam/X. Hao, C. Kuang, T. Wang, X. Liu//Optics Letters. -2010. -Vol. 35, Issue 23. -P. 3928-3930. - DOI: 10.1364/OL.35.003928
  • Lew, M.D. Azimuthal polarization filtering for accurate, precise, and robust single-molecule localization microscopy/M.D. Lew, W.E. Moerner//Nano Letters. -2014. -Vol. 14, Issue 11. -P. 6407-6413. - DOI: 10.1021/nl502914k
  • Backlund, M.P. Removing orientation-induced localization biases in single-molecule microscopy using a broadband metasurface mask/M.P. Backlund, A. Arbabi, P.N. Petrov, E. Arbabi, S. Saurabh, A. Faraon, W.E. Moerner//Nature Photonics. -2016. -Vol. 10. -P. 459-462. - DOI: 10.1038/nphoton.2016.93
  • Carretero, L. Periodic trajectories obtained with an active tractor beam using azimuthal polarization: Design of particle exchanger/L. Carretero, P. Acebal, C. García, S. Blaya//IEEE Photonics Journal. -2015. -Vol. 7, Issue 1. -3400112. - DOI: 10.1109/JPHOT.2015.2402123
  • Yan, S. Exact description of a cylindrically symmetrical complex-argument Laguerre-Gauss beam/S. Yan, B. Yao//Optics Letters. -2008. -Vol. 33, Issue 10. -P. 1074-1076. - DOI: 10.1364/OL.33.001074
  • Schimpf, D.N. Radially polarized Bessel-Gauss beams: decentered Gaussian beam analysis and experimental verification/D.N. Schimpf, W.P. Putnam, M.D.W. Grogan, S. Ramachandran, F.X. Kärtner//Optics Express. -2013. -Vol. 21, Issue 15. -P. 18469-18483. - DOI: 10.1364/OE.21.018469
  • Madhi, D. Cylindrically polarized Bessel-Gauss beams/D. Madhi, M. Ornigotti, A. Aiello//Journal of Optics. -2015. -Vol. 17, Issue 2. -025603. - DOI: 10.1088/2040-8978/17/2/025603
  • Wu, G. Generation and self-healing of a radially polarized Bessel-Gauss beam/G. Wu, F. Wang, Y. Cai//Physical Review A. -2014. -Vol. 89, Issue 4. -043807. - DOI: 10.1103/PhysRevA.89.043807
  • Lewis, W. Maxwell-Gaussian beams with cylindrical polarization/W. Lewis, R. Vyas//Journal of the Optical Society of America A. -2014. -Vol. 31, Issue 7. -P. 1595-1603. - DOI: 10.1364/JOSAA.31.001595
  • Ornigotti, M. Cylindrically polarized nondiffracting optical pulses/M. Ornigotti, C. Conti, A. Szameit//Journal of Optics. -2016. -Vol. 18, Issue 7. -075605. - DOI: 10.1088/2040-8978/18/7/075605
  • Bar-David, J. Unveiling the propagation dynamics of self-accelerating vector beams/J. Bar-David, N. Voloch-Bloch, N. Mazurski, U. Levy//Scientific Reports. -2016. -Vol. 6. -34272. - DOI: 10.1038/srep34272
  • Guo, J.-Y. Generation of radial polarized lorentz beam with single layer metasurface/J.-Y. Guo, X.-K. Wang, J.-W. He, H. Zhao, S.-F. Feng, P. Han, J.-S. Ye, W.-F. Sun, G.-H. Situ, Y. Zhang//Advanced Optical Materials. -2017. -Vol. 6, Issue 1. -1700925. - DOI: 10.1002/adom.201700925
  • Vyas, S. Polarization singularities in superposition of vector beams/S. Vyas, Y. Kozawa, S. Sato//Optics Express. -2013. -Vol. 21, Issue 7. -P. 8972-8986. - DOI: 10.1364/OE.21.008972
  • He, H.-S. Direct generation of vector vortex beams with switchable radial and azimuthal polarizations in a monolithic Nd:YAG microchip laser/H.-S. He, Z. Chen, J. Dong//Applied Physics Express. -2017. -Vol. 10, Issue 5. -052701. - DOI: 10.7567/APEX.10.052701
  • Khonina, S.N. Generation of cylindrical vector beams of high orders using uniaxial crystals/S.N. Khonina, S.V. Karpeev, S.V. Alferov, V.A. Soifer//Journal of Optics. -2015. -Vol. 17, Issue 6. -065001. - DOI: 10.1088/2040-8978/17/6/065001
  • Ferrando, A. Analytical solution for multi-singular vortex Gaussian beams: the mathematical theory of scattering modes/A. Ferrando, M.A. García-March//Journal of Optics. -2016. -Vol. 18, Issue 6. -064006. - DOI: 10.1088/2040-8978/18/6/064006
  • Абрамочкин, Е.Г. Современная оптика гауссовых пучков/Е.Г. Абрамочкин, В.Г. Волостников. -М.: Физматлит, 2010. -184 с. -ISBN: 978-5-9221-1216-1.
  • Moreno, I. Decomposition of radially and azimuthally polarized beams using a circular-polarization and vortex-sensing diffraction grating/I. Moreno, J.A. Davis, I. Ruiz, D.M. Cottrell//Optics Express. -2010. -Vol. 18, Issue 7. -P. 7173-7183. - DOI: 10.1364/OE.18.007173
  • Bochove, E.J. Acceleration of particles by an asymmetric Hermite-Gaussian laser beam/E.J. Bochove, G.T. Moore, M.O. Scully//Physical Review A. -1992. -Vol. 46, Issue 10. -P. 6640-6653.
  • Indebetouw, G. Optical vortices and their propagation/G. Indebetouw//Journal of Modern Optics. -1993. -Vol. 40, Issue 1. -P. 73-87. - DOI: 10.1080/09500349314550101
  • Siegman, A.E. Lasers/A.E. Siegman. -Sausalito, California: University Science Books, 1986. -1283 p. -ISBN: 978-0-935702-11-8.
  • Котляр, В.В. Бездифракционные асимметричные элегантные пучки Бесселя c дробным орбитальным угловым моментом/В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, В.А. Сойфер//Компьютерная оптика. -2014. -Т. 38, № 1. -С. 4-10.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp