Формирование продольно-удлинённой области обратного потока энергии с помощью кольцевых апертур
Автор: Стафеев Сергей Сергеевич, Котляр Виктор Викторович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 2 т.43, 2019 года.
Бесплатный доступ
С помощью формул Ричардса-Вольфа описывается фокусировка цилиндрического векторного пучка второго порядка широкоапертурной линзой, ограниченной кольцевой апертурой,. Показано, что можно увеличить область отрицательных значений проекции вектора Пойнтинга на оптическую ось, увеличив глубину фокуса с помощью кольцевой апертуры. Продемонстрировано, что при фокусировке света объективом с числовой апертурой 0,95 использование кольцевой апертуры, ограничивающей угол входного зрачка до 0,9 от максимального значения, позволяет увеличить глубину области отрицательных значений проекции вектора Пойнтинга на оптическую ось в 4 раза при практически неизменной ширине области (изменяется с 0,357 до 0,352 от длины волны фокусируемого света). При этом в 2,5 раза возрастает отношение абсолютных значений минимального значения осевой проекции вектора Пойнтинга в фокусе к максимальному.
Формулы ричардса-вольфа, обратный поток энергии, острая фокусировка, цилиндрический векторный пучок, кольцевая апертура
Короткий адрес: https://sciup.org/140243279
IDR: 140243279
Formation of an elongated region of energy backflow using ring apertures
In this paper, we have investigated the focusing of a second-order cylindrical vector beam by using a high numerical aperture (NA) lens limited by a ring aperture using the Richards-Wolf formulae. It was shown that the range of negative on-axis projections of the Poynting vector could be increased by increasing the depth of focus through the use of a ring aperture. It was shown that when focusing light with a lens with NA = 0.95, the use of a ring aperture limiting the entrance pupil angle to 0.9 of maximum, allows the depth of the region of negative on-axis Poynting vector projections to be four times increased, with the region width remaining almost unchanged and varying from 0.357 to 0.352 of the incident wavelength. Notably, the magnitude of the reverse energy flow was found to be larger than the direct one by a factor of 2.5.
Список литературы Формирование продольно-удлинённой области обратного потока энергии с помощью кольцевых апертур
- Grosjean, T. Longitudinally polarized electric and magnetic optical nano-needles of ultra high lengths/T. Grosjean, I. Gauthier//Optics Communications. -2013. -Vol. 294. -P. 333-337.
- Wu, Z. Optimization-free approach for generating sub-diffraction quasi-non-diffracting beams/Z. Wu, K. Zhang, S. Zhang, Q. Jin, Z. Wen, L. Wang, L. Dai, Z. Zhang, H. Chen, G. Liang, Y. Liu, G. Chen//Optics Express. -2018. -Vol. 26, Issue 13. -P. 16585-16599.
- Guan, J. Transversely polarized sub-diffraction optical needle with ultra-long depth of focus/J. Guan, J. Lin, C. Chen, Y. Ma, J. Tan, P. Jin//Optics Communications. -2018. -Vol. 404. -P. 118-123.
- Qin, F. Shaping a subwavelength needle with ultra-long focal length by focusing azimuthally polarized light/F. Qin, K. Huang, J. Wu, J. Jiao, X. Luo, C. Qiu, M. Hong/Scientific Reports. -2015. -Vol. 5. -09977.
- Wang, H. Creation of a needle of longitudinally polarized light in vacuum using binary optics/H. Wang, L. Shi, B. Luk`yanchuk, C. Sheppard, C.T. Chong//Nature Photonics -2008. -Vol. 2. -P. 501-505.
- Yu, Y. Engineering of multi-segmented light tunnel and flattop focus with designed axial lengths and gaps/Y. Yu, H. Huang, M. Zhou, Q. Zhan/Optics Communications. -2018. -Vol. 407. -P. 398-401.
- Zheng, C. Characterization of the focusing performance of axial line-focused spiral zone plates/C. Zheng, S. Su, H. Zang, Z. Ji, Y. Tian, S. Chen, K. Mu, L. Wei, Q. Fan, C. Wang, X. Zhu, C. Xie, L. Cao, E. Liang//Applied Optics. -2018. -Vol. 57. -P. 3802-3807.
- Chen, Z. 4Pi focusing of spatially modulated radially polarized vortex beams/Z. Chen, D. Zhao//Optics Letters. -2012. -Vol. 37. -P. 1286-1288.
- Lin, J. Generation of longitudinally polarized optical chain by 4π focusing system/J. Lin, R. Chen, P. Jin, M. Cada, Y. Ma//Optics Communications. -2015. -Vol. 340. -P. 69-73.
- Yu, Y. Generation of uniform three-dimensional optical chain with controllable characteristics/Y. Yu, Q. Zhan//Journal of Optics. -2015. -Vol. 17. -105606.
- Guo, H. Three dimensional optical cage formed by TEM01 mode radially polarized Laguerre-Gaussian beam/H. Guo, X. Weng, X. Dong, G. Sui, X. Gao, S. Zhuang//Journal of Optics. -2011. -Vol. 40, Issue 4. -P. 206-212.
- Volyar, A.V. Focusing of singular beams/A.V. Volyar, T.A. Fadeeva//Optics and Spectroscopy. -2004. -Vol. 96, Issue 1. -P. 96-105.
- Ushakova, K. Demonstration of spot size reduction by focussing amplitude modulated radially polarized light on a photoresist/K. Ushakova, Q.Y. van den Berg, S.F. Pereira, H.P. Urbach//Journal of Optics. -2015. -Vol. 17. -125615.
- Хонина, С.Н. Анализ интерференции радиально-поляризованных лазерных пучков, сформированных кольцевыми оптическими элементами с вихревой фазой в условиях острой фокусировки/С.Н. Хонина, А.В. Устинов//Компьютерная оптика. -2015. -Т. 39, № 1. -С. 12-25. -
- DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-1-12-25
- Udhayakumar, M. Generation of ultra-long pure magnetization needle and multiple spots by phase modulated doughnut Gaussian beam/M. Udhayakumar, K. Prabakaran, K.B. Rajesh, Z. Jaroszewicz, A. Belafhal, D. Velauthapillai//Optics & Laser Technology. -2018. -Vol. 102. -P. 40-46.
- Udhayakumar, M. Generating sub wavelength pure longitudinal magnetization probe and chain using complex phase plate/M. Udhayakumar, K. Prabakaran, K.B. Rajesh, Z. Jaroszewicz, A. Belafhal//Optics Communications. -2018. -Vol. 407. -P. 275-279.
- Nie, Z. Generation of super-resolution longitudinally polarized beam with ultra-long depth of focus using radially polarized hollow Gaussian beam/Z. Nie, G. Shi, X. Zhang, Y. Wang, Y. Song//Optics Communications. -2014. -Vol. 331. -P. 87-93.
- Guan, J. Transversely polarized sub-diffraction optical needle with ultra-long depth of focus/J. Guan, J. Lin, C. Chen, Y. Ma, J. Tan, P. Jin//Optics Communications. -2017. -Vol. 404. -P. 118-123.
- Rajesh, K.B. Tight focusing of double ring shaped radially polarized beam with high NA lens axicon/K.B. Rajesh, N.V. Suresh, P.M. Anbarasan, K. Gokulakrishnan, G. Mahadevan//Optics & Laser Technology. -2011. -Vol. 43. -P. 1037-1040.
- Suresh, P. Generation of a strong uniform transversely polarized nondiffracting beam using a high-numerical-aperture lens axicon with a binary phase mask/P. Suresh, C. Mariyal, K.B. Rajesh, T.V.S. Pillai, Z. Jaroszewicz//Applied Optics. -2013. -Vol. 52. -P. 849-853.
- Kotlyar, V.V. Energy backflow in the focus of an optical vortex/V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev//Laser Physics. -2018. -Vol. 28, Issue 12. -126203. -
- DOI: 10.1088/1555-6611/aae02f
- Стафеев, С.С. Обратный поток энергии в фокусе цилиндрического векторного пучка/С.С. Стафеев, А.Г. Налимов, В.В. Котляр//Компьютерная оптика. -2018. -Т. 42, № 5. -С. 744-750. -
- DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-744-750
- Sugic, D. Singular knot bundle in light/D. Sugic, M.R. Dennis//Journal of the Optical Society of America A. -2018. -Vol. 35, Issue 12. -P. 1987-1999.
- Maucher, F. Creating complex optical longitudinal polarization structures/F. Maucher, S. Skupin, S.A. Gardiner, I.G. Hughes//Physical Review Letters. -2018. -Vol. 120, Issue 16. -163903.
- Larocque, H. Reconstructing the topology of optical polarization knots/H. Larocque, D. Sugic, D. Mortimer, A.J. Taylor, R. Fickler, R.W. Boyd, M.R. Dennis, E. Karimi//Nature Physics. -2018. -Vol. 14. -P. 1079-1982.
- Vasnetsov, M.V. Wavefront motion in the vicinity of a phase dislocation: "optical vortex"/M.V Vasnetsov, V.N. Gorshkov, I.G. Marienko, M.S. Soskin//Optics and Spectroscopy. -2000. -Vol. 88, Issue 2. -P. 260-265.
- 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: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. -1959. -Vol. 253, Issue 1274. -P. 358-379.
