Формирование и анализ спектров оптических вихрей сингулярных пучков с аномалиями орбитального углового момента
Автор: Воляр Александр Владимирович, Брецько Михаил Владимирович, Акимова Яна Евгеньевна, Егоров Юрий Александрович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 4 т.43, 2019 года.
Бесплатный доступ
В работе представлен новый метод измерения вырожденных спектров оптических вихрей и орбитального углового момента сингулярных пучков. Метод основан на измерении моментов интенсивности высших порядков пучка, содержащих вихри как с положительными, так и отрицательными топологическими зарядами. Соответствующий выбор амплитуд вихревых мод комбинированного пучка формирует в спектре орбитального углового момента аномальные зоны в виде резонансных провалов и всплесков. Поскольку моменты интенсивности для вихрей с положительными и отрицательными топологическими зарядами одинаковы для осесимметричного пучка, то симметрию пучка потребовалось нарушить, так что измерения проводились в плоскости двойного фокуса цилиндрической линзы. Калибровочные измерения показали, что погрешность эксперимента не выше 4,5 %. При измерении вырожденных спектров вихрей комбинированного сингулярного пучка было обнаружено, что провалы и всплески в спектре орбитального углового момента вызваны лавиной вихрей, индуцированной слабыми возмущениями голографической решётки, ответственной за формирование пучка. Возникновение провалов или всплесков орбитального углового момента регулируется соотношением между потоками энергии в лавине вихрей с положительными или отрицательными топологическими зарядами.
Дифракционная оптика, обработка изображения, лавина оптических вихрей, орбитальный угловой момент, моменты интенсивности
Короткий адрес: https://sciup.org/140246481
IDR: 140246481 | DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-4-517-527
Список литературы Формирование и анализ спектров оптических вихрей сингулярных пучков с аномалиями орбитального углового момента
- Soifer, V.A. Laser beam mode selection by computer-generated holograms / V.A. Soifer, M.A. Golub. - Boca Raton: CRC Press, 1994. - 215 p. - ISBN: 978-0-8493-2476-5
- Kotlyar, V.V. Vortex laser beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev. - Boca Raton, London, New York: Taylor & Francis Group, 2018. - 404 p. - ISBN: 978-1-138-54211-2
- Berry, M.V. Paraxial beams of spinning light. Proceedings of SPIE. - 1998. - Vol. 3487. - P. 6-11. - DOI: 10.1117/12.317704
- Khonina, S.N. Measuring the light field orbital angular momentum using DOE / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, P. Paakkonen, J. Turunen // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). - 2001. - Vol. 10, Issue 4. - P. 241-255.
- Khonina, S.N. Generation and selection of laser beams represented by a superposition of two angular harmonics / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, K. Jefimovs, J. Turunen // Journal of Modern Optics. - 2004. - Vol. 51, Issue 5. - P. 761-773. - DOI: 10.1080/09500340408235551
- Khonina, S.N. Optical vortices in a fiber: mode division multiplexing and multimode selfimaging / S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy, V.A. Soifer. - In: Recent progress in optical fiber research / ed. by M. Yasin, S.W. Harun, H. Arof. - Chap. 15. - Rijeka, Croatia: InTech Open, 2012. - P. 327-352. -
- DOI: 10.5772/28067
- Gbur, G.J. Singular optics / G.J. Gbur. - New York: CRC Press, 2016. - 545 p. -
- ISBN: 978-1-4665-8077-0
- Lavery, M.P.J. Measurement of the light orbital angular momentum spectrum using an optical geometric transformation / M.P.J. Lavery, G.C.G. Berkhout, J. Courtial, M.J. Padgett // Journal of Optics. - 2011. - Vol. 13, Issue 6. - 064006.
- Berkhout, G.C.G. Efficient sorting of orbital angular momentum states of light / G.C.G. Berkhout, M.P.J. Lavery, J. Courtial, M.W. Beijersbergen, M.J. Padgett // Physical Review Letters. - 2010. - Vol. 105. - 153601.
- Volyar, A.V. Measurement of the vortex spectrum in a vortex-beam array without cuts and gluing of the wavefront / A. Volyar, M. Bretsko, Ya. Akimova, Yu. Egorov // Optics Letters. - 2018. - Vol. 43, Issue 22. - P. 5635-5638. -
- DOI: 10.1364/OL.43.005635
- Alperin, S.N. Quantitative measurement of the orbital angular momentum of light with a single, stationary lens / S.N. Alperin, R.D. Niederiter, J.T. Gopinath, K.E. Siements // Optics Letters. - 2016. - Vol. 41, Issue 21. - P. 5019-5022. -
- DOI: 10.1364/OL.41.005019
- Alperin, S.N. Angular momentum of topologically structured darkness / S.N. Alperin, K.E. Siements // Physical Review Letters. - 2017. - Vol. 119. - 203902.
- Котляр, В.В. Методы определения орбитального углового момента лазерного пучка / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.П. Порфирьев // Компьютерная оптика. - 2019. - Т. 43, № 1. - С. 42-53. -
- DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-42-53
- Flusser, J. Moments and moment invariants in pattern recognition / J. Flusser, S. Tomáš, B. Zitová. - New York: John Wiley & Sons, 2009.
- Fu, S. Influences of atmospheric turbulence effects on the orbital angular momentum spectra of vortex beams / S. Fu, Ch. Gao // Photonics Research. - 2016. - Vol. 4, Issue 5. - P. B1-B4.
- Kaiser, T. Complete modal decomposition for optical fibers using CGH-based correlation filters / T. Kaiser, D. Flamm, S. Schröter, M. Duparré // Opt Express. - 2009. - Vol. 17. - 9347-9356.
- Kotlyar, V.V. Astigmatic transforms of an optical vortex for measurement of its topological charge / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Applied Optics. - 2017. - Vol. 56, Issue 14. - P. 4095-4110. -
- DOI: 10.1364/AO.56.004095
- Abramochkin, E. General astigmatic transform of Hermite-Laguerre-Gaussian beams / E. Abramochkin, E. Razueva, V. Volostnikov // Journal of the Optical Society of America A. - 2010. - Vol. 27, Issue 11. - P. 2506-2513.
- Prudnikov, A.P. Integrals and series, elementary functions / A.P. Prudnikov, Y.A. Brychkov, O.I. Marichev. - New York: Gordon and Breach, 1986. - 708 p.
- Воляр, А.В. По ту сторону интенсивности или моменты интенсивности и измерение спектра оптических вихрей сложных пучков / А.В. Воляр, М.В. Брецько, Я.Е. Акимова, Ю.А. Егоров // Компьютерная оптика. - 2018. - Т. 42, № 5. - С. 736-743. -
- DOI: 10.18287/2412-6179-2017-42-5-736-743
- Воляр, А.В. Лавинная неустойчивость орбитального углового момента оптических вихрей высших порядков / А.В. Воляр, М.В. Брецько, Я.Е. Акимова, Ю.А. Егоров // Компьютерная оптика. - 2019. - Т. 43, № 1. - С. 14-24. -
- DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-14-24
- Volyar, A.V. Super pulses of orbital angular momentum in fractional-order spiroid vortex beams / A.V. Volyar, Yu.A. Egorov // Optics Letters. - 2018. - Vol. 43, Issue 1. - P. 74-77. -
- DOI: 10.1364/OL.43.000074
- Котляр, В.В. Лазерные пучки Эрмита-Гаусса с орбитальным угловым моментом / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.П. Порфирьев // Компьютерная оптика. - 2014. - Т. 38, № 4. - С. 651-656.
