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

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
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp