Фокусировка векторного поля с С-линиями поляризационной сингулярности
Автор: Котляр Виктор Викторович, Стафеев Сергей Сергеевич, Налимов Антон Геннадьевич
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 6 т.45, 2021 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрена острая фокусировка начального гибридного векторного светового поля n -го порядка, имеющего n С-линий (линий, на которых поляризация круговая). С помощью комплексного поля Стокса показано, что индекс поляризационной сингулярности такого поля равен n / 2. Показано, что индекс сингулярности начального поля не сохраняется в плоскости фокуса. Получены аналитические выражения для интенсивности и компонент вектора Стокса в плоскости фокуса. Теоретически и численно показано, что при четном порядке поля n = 2 p в фокусе картина интенсивности обладает симметрией и вместо С-линий формируются С-точки, вокруг которых вращаются оси эллипсов поляризации. При n = 4 в фокусе имеются С-точки c индексами сингулярности 1 / 2 и с топологией типа «лимон». Вокруг таких точек поверхность, которую образуют эллипсы поляризации в трехмерном пространстве, имеет топологию листа Мебиуса. При нечетном порядке начального поля n = 2 p + 1 в фокусе картина интенсивности не имеет симметрии и поле становится только векторным (нет эллиптической поляризации) с V-точками, вокруг которых вращаются векторы линейной поляризации.
Световой пучок с неоднородной эллиптической поляризацией, топологический заряд, поляризационная сингулярность, с-точки, с-линии
Короткий адрес: https://sciup.org/140290277
IDR: 140290277 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-903
Список литературы Фокусировка векторного поля с С-линиями поляризационной сингулярности
- Nye, J.F. Polarization effects in the diffraction of electromagnetic waves: the role of disclinations / J.F. Nye // Proceedings of the Royal Society of London: Series A, Mathematical and Physical Sciences. - 1983. - Vol. 387, Issue 1792. - P. 105-132.
- Nye, J.F. Dislocations in wave trains / J.F. Nye, M.V. Berry // Proceedings of the Royal Society A. - 1974. - Vol. 336, Issue 1605. - P. 165-190.
- Freund, 1 Polarization singularity indices in Gaussian laser beams / I. Freund // Optics Communications. - 2002. -Vol. 201. - P. 251-270.
- Zhan, Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications / Q. Zhan // Advances in Optics and Photonics. - 2009. - Vol. 1. - P. 1-57.
- Wang, X. Generation of arbitrary vector beams with a spatial light modulator and a common path interferometric arrangement / X. Wang, J. Ding, W. Ni, C. Guo, H. Wang // Optics Letters. - 2007. - Vol. 32, Issue 24. - P. 3549-3551.
- Naidoo, D. Controlled generation of higher-order Poincaré sphere beams from a laser / D. Naidoo, F.S. Roux, A. Dudley, I. Litvin, B. Piccirillo, L. Marrucci // Nature Photonics. - 2016. - Vol. 10. - P. 327-333.
- Marrucci, L. Orbital spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media / L. Marrucci, C. Manzo, D. Paparo // Physical Review Letters. - 2006. - Vol. 96. - 163905.
- Bomzon, Z. Radially and azimuthally polarized beams generated by space-variant dielectric subwavelength gratings / Z. Bomzon, G. Biener, V. Kleiner, E. Hasman // Optics Letters. - 2002. - Vol. 27, Issue 5. - P. 285-287.
- Kotlyar, V.V. Subwavelength grating-based metalens for focusing of laser light / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, A.G. Nalimov, L. O'Faolain // Applied Physics Letters. -2019. - Vol. 114, Issue 14. - 141107. - DOI: 10.1063/1.5092760.
- Ren, Z. Polarization interferometric prism: A versatile tool for generation of vector fields, measurement of topological charges, and implementation of a spin-orbit Controlled-Not gate / Z. Ren, Z. Chen, X. Wang, J. Ding, H. Wang // Applied Physics Letters. - 2021. - Vol. 118. - 011105.
- Kumar, V. Topological structures in the Poynting vector field: an experimental realization / V. Kumar, N.K. Viswanathan // Optics Letters. - 2013. - Vol. 38, Issue 19. - P. 3886-3889.
- Berry, MV. Optical vortices evolving from helicoidal integer and fractional phase steps / M.V. Berry // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2004. - Vol. 6, Issue 2. -P. 259-268.
- Борн, М. Основы оптики / M. Борн, Э. Вольф. - М.: Наука, 1973. - 720 с.
- Arora, G. Detection of degenerate Stokes index states / G. Arora, S. Deepa, S.N. Khan, P. Senthilkumaran // Scientific Reports. - 2020. - Vol. 10. - 20759.
- Arora, G. Hybrid order Poincare spheres for Stoks singularities / G. Arora, Ruchi, P. Senthilkumaran // Optics Letters. - 2020. - Vol. 45. - P. 5136-5139.
- 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.
- Fadeyeva, T.A. Spatially engineered polarization states and optical vortices in uniaxial crystals / T.A. Fadeyeva, V.G. Shvedov, Y.V. Izdebskaya, A.V. Volyar, E. Brasselet, D.N. Neshev, A.S. Desyatnikov, W. Krolikowski, Y.S. Kivshar // Optics Express. - 2010. - Vol. 18, Issue 10. - P. 10848-10863.
- Richards, B. Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic system / B. Richards, E. Wolf // Proceedings of the Royal Society A. - 1959. - Vol. 253, Issue 1274. - P. 358-379.
- Prudnikov, A.P. Integrals and series. Volume 2: Special functions / A.P. Prudnikov, Y.A. Brychkov, O.I. Marichev. - New York: Gordon and Breach, 1986.
- Котляр, В.В. Острая фокусировка светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностью произвольного порядка / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.А. Ковалев // Компьютерная оптика. - 2019. - Т. 43, № 3. - С. 337346. - DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-337-346.
- Kotlyar, V.V. Inversion of the axial projection of the spin angular momentum in the region of the backward energy flow in sharp focus / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev // Optics Express. - 2020. - Vol. 28, Issue 23. -P. 33830-33839. - DOI: 10.1364/OE.401182.
- Kotlyar, V.V. Converting an array of edge dislocations into a multivortex beam / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev // Journal of the Optical Society of America A. - 2021. - Vol. 38, Issue 5. - P. 719-726. - DOI: 10.1364/JOSAA.420963.
- Bauer, T. Optical polarization möbius strips and points of purely transverse spin density / T. Bauer, M. Neugebauer, G. Leuchs, P. Banzer // Physics Review Letters. - 2016. -Vol. 117. - 013601.
- Bauer, T. Observation of optical polarization Möbius strips / T. Bauer, P. Banser, E. Karimi, S. Orlov, A. Rubano, L. Marrucci, E. Santamato, R.W. Boyd, G. Leuchs // Science. - 2015. - Vol. 347, Issue 6225. - P. 964-966.
- Kotlyar, V.V. Spin-orbit and orbit-spin conversion in the sharp focus of laser light: Theory and experiment / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev, S.S. Stafeev // Physical Review A. - 2020. - Vol. 102, Issue 3. - 033502. - DOI: 10.1103/PhysRevA.102.033502.
