Научные статьи \ Прикладные науки. Медицина. Технология \ Инженерное дело. Техника в целом \ Общее машиностроение. Ядерная технология. Электротехника. Технология машиностроения \ Электротехника

Формирование векторного пучка с помощью конической преломляющей поверхности

Формирование векторного пучка с помощью конической преломляющей поверхности

Автор: Губаев Муслим Серкалиевич, Дегтярев Сергей Александрович, Стрелков Юрий Станиславович, Волотовский Сергей Геннадьевич, Ивлиев Николай Александрович, Хонина Светлана Николаевна

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 6 т.45, 2021 года.

Бесплатный доступ

В данной работе для формирования азимутально-поляризованного пучка предлагается использовать рефракционный конический аксикон. Исследованы поляризационные состояния лучей при прохождении через границы раздела сред, а также преобразования поляризации с помощью аксикона с использованием собственной разработанной программы по трассированию лучей с учётом поляризации и отображения эллипсов поляризации. Описание состояния поляризации осуществлялось с использованием нотации Джонса и с учётом выполнения закона сохранения энергии. Выведены и реализованы формулы для вычисления вектора Джонса в различных лучевых базисах и базисах поверхности, а также перевода вектора Джонса из одного базиса в другой. Разработаны алгоритмы отображения эллипсов поляризации на одной плоскости для пучков, не являющихся плоскопараллельными. Рассчитан и показан ход лучей в трёхмерном аксиконе с учётом поляризации.

Еще

Геометрическая оптика, аксикон, поляризация, коэффициенты френеля, азимутально-поляризованный пучок

Короткий адрес: https://sciup.org/140290280

IDR: 140290280   |   DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1036

Vectorial beam generation with a conical refractive surface

We propose to use a refractive conical axicon for generating azimutally polarized beams. We investigate polarization states of optical rays passing through an interface between optical media, and also polarization transformation with a refractive axicon. We develop a software for raytracing which correctly processes polarization states of the rays and visualizes ellipses of polarization. The polarization state is described in the Jones notation and based on the energy conservation law. We derive and implement formulas for calculating the Jones vector in different bases, as well as transferring the Jones vector from one basis to another. Algorithms for displaying polarization ellipses on one plane for beams that are not plane-parallel have been developed. Ray paths in a three-dimensional axicon are calculated and shown with due regard for polarization.

Еще

Список литературы Формирование векторного пучка с помощью конической преломляющей поверхности

  • McLeod, J. The axicon: A new type of optical element / J. McLeod // Journal of the Optical Society of America. -1954. - Vol. 44, Issue 8. - P. 592-597. - DOI: 10.1364/JOSA.44.000592.
  • Durnin, J. Diffraction-free beams / J. Dumin, J.J. Miceli, Jr., J.H. Eberly // Physical Review Letters. - 1987. - Vol. 58, Issue 15. - P. 1499-1501. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.58.1499.
  • Turunen, J. Holographic generation of diffraction-free beams / J. Turunen, A. Vasara, A.T. Friberg // Applied Optics. - 1988. - Vol. 27, Issue 19. - P. 3959-3962. - DOI: 10.1364/A0.27.003959.
  • Kaiosha, V.P. Toward the subdiffraction focusing limit of optical superresolution / V.P. Kalosha, I. Golub // Optics Letters. - 2007. - Vol. 32, Issue 24. - P. 3540-3542. - DOI: 10.1364/OL.32.003540.
  • Khonina, S.N. Bessel beam: Significance and applications -A progressive review / S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy, S.V. Karpeev, M.A. Butt // Micromachines. - 2020. -Vol. 11, Issue 11. - 997 (28p). - DOI: 10.3390/mi11110997.
  • Yu, Y.-J. Focusing characteristics of optical fiber axicon microlens for near-field spectroscopy: dependence of tip apex angle / Y.-J. Yu, H. Noh, M.-H. Hong, H.-R. Noh, Y. Arakawa, W. Jhe // Optics Communications. - 2006. -Vol. 267, Issue 1. - P. 264-270. - DOI: 10.1016/j.optcom.2006.06.044.
  • Grosjean, T. Fiber microaxicons fabricated by a polishing technique for the generation of Bessel-like beams / T. Grosjean, S.S. Saleh, M.A. Suarez, I.A. Ibrahim, V. Piquerey, D. Charraut, P. Sandoz // Applied Optics. -2007. - Vol. 46, Issue 33. - P. 8061-8067. - DOI: 10.1364/AO.46.008061.
  • Alferov, S.V. Study of polarization properties of fiber-optics probes with use of a binary phase plate / S.V. Alferov, S.N. Khonina, S.V. Karpeev // Journal of the Optical Society of America A. - 2014. - Vol. 31, Issue 4. - P. 802-807. -DOI: 10.1364/JOSAA.31.000802.
  • Jaroszewicz, Z. Axicon - the most important optical element / Z. Jaroszewicz, A. Burvall, A.T. Friberg // Optics and Photonics News. - 2005. - Vol. 16, Issue 4. - P. 34-39. -DOI: 10.1364/OPN.16.4.000034.
  • Khonina, S.N. Focused, evanescent, hollow, and collimated beams formed by microaxicons with different conical angles / S.N. Khonina, S.A. Degtyarev, D.A. Savelyev, A.V. Ustinov // Optics Express. - 2017. - Vol. 25, Issue 16. - P. 19052-19064. - DOI: 10.1364/OE.25.019052.
  • Filipkowski, A. Nanostructured gradient index micro-axicons made by a modified stack and draw method / A. Filipkowski, B. Piechal, D. Pysz, R. Stepien, A. Waddie, M.R. Taghizadeh, R. Buczynski // Optics Letters. - 2015. -Vol. 40, Issue 22. - P. 5200-5203. - DOI: 10.1364/OL.40.005200.
  • Zukauskas, A. Monolithic generators of pseudo-nondiffrac-ting optical vortex beams at the microscale / A. Zukauskas, M. Malinauskas, E. Brasselet // Applied Physics Letters. -2013. - Vol. 103, Issue 18. - 181122. - DOI: 10.1063/1.4828662.
  • Musigmann, M. Refractive-diffractive dispersion compensation for optical vortex beams with ultrashort pulse durations / M. Musigmann, J. Jahns, M. Bock, R. Grunwald // Applied Optics. - 2014. - Vol. 53, Issue 31. - P. 7304-7311. - DOI: 10.1364/А0.53.007304.
  • Chi, W. Electronic imaging using a logarithmic sphere / W. Chi, N. George // Optics Letters. - 2001. - Vol. 26, Issue 12. - P. 875-877. - DOI: 10.1364/0L.26.000875.
  • Golub, I. Characterization of a refractive logarithmic axicon / I. Golub, B. Chebbi, D. Shaw, D. Nowacki // Optics Letters. - 2010. - Vol. 35, Issue 16. - P. 2828-2830. - DOI: 10.1364/OL.35.002828.
  • Khonina, S.N. Very compact focal spot in the near-field of the fractional axicon / S.N. Khonina, A.V. Ustinov // Optics Communications. - 2017. - Vol. 391. - P. 24-29. - DOI: 10.1016/j.optcom.2016.12.034.
  • Gorelick, S. Axilenses: refractive micro-optical elements with arbitrary exponential profiles / S. Gorelick, D.M. Paganin, A. de Marco // APL Photonics. - 2020. -Vol. 5, Issue 10. - 106110. - DOI: 10.1063/5.0022720.
  • Sanchez-Padilla, B. Wrinkled axicons: shaping light from cusps / B. Sanchez-Padilla, A. Zukauskas, A. Aleksanyan, A. Balcytis, M. Malinauskas, S. Juodkazis, E. Brasselet // Optics Express. - 2016. - Vol. 24, Issue 21. -P. 24075-24082. - DOI: 10.1364ЮЕ.24.024075.
  • Khonina, S.N. Refractive twisted microaxicons / S.N. Khonina, S.V. Krasnov, A.V. Ustinov, S.A. Degtyarev, A.P. Porfirev, A. Kuchmizhak, S.I. Kudryashov // Optics Letters. - 2020. - Vol. 45, Issue 6. - P. 1334-1337. - DOI: 10.1364/OL.386223.
  • Zhang, Y. Vector propagation of radially polarized Gaussian beams diffracted by an axicon / Y. Zhang, L. Wang, C. Zheng // Journal of the Optical Society of America A. -2005. - Vol. 22, Issue 11. - P. 2542-2546. - DOI: 10.1364/JOSAA.22.002542.
  • Kuchmizhak, A. High-quality fiber microaxicons fabricated by a modified chemical etching method for laser focusing and generation of Bessel-like beams / A. Kuchmizhak, S. Gurbatov, A. Nepomniaschii, O. Vitrik, Y. Kulchin // Applied Optics. - 2014. - Vol. 53, Issue 5. - P. 937-943. -DOI: 10.1364/AO.53.000937.
  • Kotlyar, V.V. Sharp focus area of radially-polarized Gaussian beam propagation through an axicon / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, S.S. Stafeev // Progress in Electromagnetics Research C. - 2008. - Vol. 5. - P. 35-43.
  • 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.
  • Wei, M.-D. Adjustable generation of bottle and hollow beams using an axicon / M.-D. Wei, W.-L. Shiao, Y.-T. Lin // Optics Communications. - 2005. - Vol. 248, Issues 1-3. -P. 7-14. - DOI: 10.1016/j.optcom.2004.11.092.
  • Yang, Y. Focal shift in spatial-variant polarized vector Bessel-Gauss. beams / Y. Yang, M. Leng, Y. He, H. Liu, Q. Chang, C. Li // Journal of Optics. - 2013. - Vol. 15, Issue 1. - 014003. - DOI: 10.1088/2040-8978/15/1/014003.
  • Rodrigo, J.A. Freestyle 3D laser traps: Tools for studying light-driven particle dynamics and beyond / J.A. Rodrigo, T. Alieva // Optica. - 2015. - Vol. 2. - P. 812-815. - DOI: 10.1364/OPTICA.2.000812.
  • Khonina, S.N. 3D transformations of light fields in the focal region implemented by diffractive axicons / S.N. Khonina, A.P. Porfirev // Applied Physics B. - 2018. - Vol. 124. - 191 (13 p.). - DOI: 10.1007/s00340-018-7060-4.
  • Хило, Н.А. Преобразование порядка бесселевых пучков в одноосных кристаллах / Н.А. Хило, Е.С. Петрова, А. А. Рыжевич // Квантовая электроника. - 2001. - Т. 31, № 1. - С. 85-89.
  • Khilo, N.A. Diffraction and order conversion of Bessel beams in uniaxial crystals / N.A. Khilo // Optics Communications. - 2012. - Vol. 285, Issue 5. - P. 503-509. - DOI: 10.1016/j.optcom.2011.11.014.
  • Khonina, S.N. Effective transformation of a zero-order Bessel beam into a second-order vortex beam using a uniaxial crystal / S.N. Khonina, A.A. Morozov, S.V. Karpeev // Laser Physics. - 2014. - Vol. 24, Issue 5. - 056101 (5 p.). -DOI: 10.1088/1054-660X/24/5/056101.
  • Скиданов, Р.В. Дифракционные аксиконы для формирования радиально-поляризованного света на основе использования стопы Столетова / Р.В. Скиданов, А.А. Морозов // Компьютерная оптика. - 2014. - Т. 38, № 4. - С. 614-618. - DOI: 10.18287/0134-2452-2014-3 8-4-614-619.
  • Karpeev, S.V. Generation of a controlled double-ring-shaped radially polarized spiral laser beam using a combination of a binary axicon with an interference polarizer / S.V. Karpeev, V.D. Paranin, S.N. Khonina // Journal of Optics. - 2017. -Vol. 19, Issue 5. - 055701 (7 p.). - DOI: 10.1088/2040-8986/aa640c.
  • Masuda, K. Azo-polymer film twisted to form a helical surface relief by illumination with a circularly polarized Gaussian beam / K. Masuda, S. Nakano, D. Barada, M. Kumakura, K. Miyamoto, T. Omatsu // Optics Express. -2017. - Vol. 25, Issue 11. - P. 12499-12507. - DOI: 10.1364/OE.25.012499.
  • Khonina, S.N. Influence of optical forces induced by par-axial vortex Gaussian beams on the formation of a microrelief on carbazole-containing azopolymer films / S.N. Khonina, A.V. Ustinov, S.G. Volotovskiy, N.A. Ivliev, V.V. Podlipnov // Applied Optics. - 2020. - Vol. 59, Issue 29. - P. 9185-9194. - DOI: 10.1364/AO.398620.
  • Kharintsev, S.S. Polarization of near-field light induced with a plasmonic nanoantenna / S.S. Kharintsev, A.I. Fishman, S.G. Kazarian, M.K. Salakhov // Physical Review B. - 2015. - Vol. 92, Issue 11. - 115113. - DOI: 10.1103/PhysRevB.92.115113.
  • Masuda, K. Picosecond optical vortex-induced chiral surface relief in an azo-polymer film / K. Masuda, R. Shinozaki, A. Shiraishi, M. Ichijo, K. Yamane, K. Miyamoto, T. Omatsu // Journal of Nanophotonics. - 2020. - Vol. 14, Issue 1. - 016012. - DOI: 10.1117/1.JNP.14.016012.
  • Ferrer-Garcia, M.F. Theoretical analysis on spatially structured beam induced mass transport in azo-polymer films / M.F. Ferrer-Garcia, Y. Alvandi, Y. Zhang, E. Karimi // Optics Express. - 2020. - Vol. 28, Issue14. -P. 19954-19965. - DOI: 10.1364/OE.395054.
  • Tovar, A.A. Production and propagation of cylindrically polarized Laguerre-Gaussian laser beams / A.A. Tovar // Journal of the Optical Society of America A. - 1998. -Vol. 15, Issue 10. - P. 2705-2711. - DOI: 10.1364/JOSAA.15.002705.
  • 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.
  • Radwell, N. Achromatic vector vortex beams from a glass cone / N. Radwell, R.D. Hawley, J.B. Gotte, S. Franke-Arnold // Nature Communications. - 2016. - Vol. 7. - 10654. - DOI: 10.1038/ncomms10564.
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp