Формирование заданных распределений на основе разложения по вихревым собственным функциям ограниченного непараксиального оператора распространения

Формирование заданных распределений на основе разложения по вихревым собственным функциям ограниченного непараксиального оператора распространения

Автор: Хонина Светлана Николаевна, Волотовский Сергей Геннадьевич, Кириленко Михаил Сергеевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 2 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрено решение задачи преодоления дифракционного предела на основе представления оптического сигнала в виде суперпозиции коммуникационных мод, согласованных с вихревыми собственным функциям ограниченного (в пространственной и спектральной областях) непараксиального оператора распространения в свободном пространстве. Непараксиальное распространение лазерных пучков описано с помощью разложения по коническим волнам на основе преобразования Фурье-Ханкеля m -го порядка. Собственные функции такого оператора, имеющие собственные значения, близкие к единице, определяют число степеней свободы и характеристики оптического сигнала, передаваемого без искажения на заданное расстояние. На основе рассмотренного подхода разработан параметрический метод решения обратной задачи дифракции, включая преодоление дифракционного предела.

Еще

Ближняя зона дифракции, ограниченный оператор распространения, вихревые собственные функции, аппроксимация сигнала, решение обратной задачи

Короткий адрес: https://sciup.org/140243278

IDR: 140243278

Список литературы Формирование заданных распределений на основе разложения по вихревым собственным функциям ограниченного непараксиального оператора распространения

  • Lord Rayleigh. On the theory of optical images with special reference to the optical microscope/Lord Rayleigh//Philosophical Magazine. -1896. -Vol. 5, Issue 42. -P. 167-195.
  • Kowarz, M.W. Homogeneous and evanescent contributions in scalar near-field diffraction/M.W. Kowarz//Applied Optics. -1995. -Vol. 34, Issue 17. -P. 3055-3063. - DOI: 10.1364/AO.34.003055
  • Katrich, A.B. Do evanescent waves really exist in free space?/A.B. Katrich//Optics Communications. -2005. -Vol. 255, Issues 4-6. -P. 169-174. - DOI: 10.1016/j.optcom.2005.06.012
  • Betzig, E. Breaking the diffraction barrier: Optical microscopy on a nanometric scale/E. Betzig, J.K. Trautman, T.D. Harris, J.S. Weiner, R.L. Kostelak//Science. -1991. -Vol. 251, Issue 5000. -P. 1468-1470. - DOI: 10.1126/science.251.5000.1468
  • Betzig, E. Near-field optics: microscopy, spectroscopy, and surface modification beyond the diffraction limit/E. Betzig, J.K. Trautman//Science. -1992. -Vol. 257, Issue 5067. -P. 189-195. - DOI: 10.1126/science.257.5067.189
  • Heinzelmann, H. Scanning near-field optical microscopy/H. Heinzelmann, D.W. Pohl//Applied Physics A. -1994. -Vol. 59, Issue 2. -P. 89-101. -
  • DOI: 10.1007/BF00332200
  • Girard, C. Near-field optics theories/C. Girard, A. Dereux//Reports on Progress in Physics. -1996. -Vol. 59, Issue 5. -P. 657-699. -
  • DOI: 10.1088/0034-4885/59/5/002
  • 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
  • Di Francia, G.T. Super-gain antennas and optical resolving power/G.T. Di Francia//Il Nuovo Cimento. -1952. -Vol. 9, Supplement 3. -P. 426-438. -
  • DOI: 10.1007/BF02903413
  • Berry, M.V. Evolution of quantum superoscillations and optical superresolution without evanescent waves/M.V. Berry, S. Popescu//Journal of Physics A: Mathematical and General. -2006. -Vol. 39, Issue 22. -P. 6965-6977. -
  • DOI: 10.1088/0305-4470/39/22/011
  • Huang, F.M. Super-resolution without evanescent waves/F.M. Huang, N.I. Zheludev//Nano Letters. -2009. -Vol. 9(3). -P. 1249-1254. -
  • DOI: 10.1021/nl9002014
  • Miller, D.A.B. Communicating with waves between volumes: evaluating orthogonal spatial channels and limits on coupling strengths/D.A.B. Miller//Applied Optics. -2000. -Vol. 39, Issue 11. -P. 1681-1699. -
  • DOI: 10.1364/AO.39.001681
  • Gallager, R.G. Information theory and reliable communication/R.G. Gallager. -New York: John Wiley & Sons, Inc., 1968. -ISBN: 978-0-471-29048-3.
  • Di Francia, G.T. Degrees of freedom of an image/G.T. di Francia//Journal of the Optical Society of America. -1969. -Vol. 59, Issue 7. -P. 799-804. -
  • DOI: 10.1364/JOSA.59.000799
  • Slepian, D. Prolate spheroidal wave functions, Fourier analysis and uncertainty -I/D. Slepian, H.O. Pollak//The Bell System Technical Journal. -1961. -Vol. 40, Issue 1. -P. 43-63. -
  • DOI: 10.1002/j.1538-7305.1961.tb03976.x
  • Landau, H.J. Prolate spheroidal wave functions, Fourier analysis and uncertainty -II/H.J. Landau, H.O. Pollak//The Bell System Technical Journal. -1961. -Vol. 40, Issue 1. -P. 65-84. -
  • DOI: 10.1002/j.1538-7305.1961.tb03977.x
  • Karoui, A. Spectral analysis of the finite Hankel transform and circular prolate spheroidal wave functions/A. Karoui, T. Moumni//Journal of Computational and Applied Mathematics. -2009. -Vol. 233, Issue 2. -P. 315-333. -
  • DOI: 10.1016/j.cam.2009.07.037
  • Yoshinobu, I. Evaluation of aberrations using the generalized prolate spheroidal wavefunctions/I. Yoshinobu//Journal of the Optical Society of America. -1970. -Vol. 60, Issue 1. -P. 10-14. -
  • DOI: 10.1364/JOSA.60.000010
  • Khonina, S.N. Defined distribution forming in the near diffraction zone based on expansion of finite propagation operator eigenfunctions/S.N. Khonina, M.S. Kirilenko, S.G. Volotovsky//Procedia Engineering. -2017. -Vol. 201. -P. 53-60. -
  • DOI: 10.1016/j.proeng.2017.09.659
  • Kirilenko, M.S. Formation of signals matched with vortex eigenfunctions of bounded double lens system/M.S. Kirilenko, S.N. Khonina//Optics Communications. -2018. -Vol. 410. -P. 153-159. -
  • DOI: 10.1016/j.optcom.2017.09.060
  • 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. -
  • DOI: 10.1098/rspa.1974.0012
  • Bazhenov, V.Yu. Screw dislocations in light wavefronts/V.Yu. Bazhenov, M.S. Soskin, M.V. Vasnetsov//Journal of Modern Optics. -1992. -Vol. 39, Issue 5. -P. 985-990. -
  • DOI: 10.1080/09500349214551011
  • Gibson, G. Free-space information transfer using light beams carrying orbital angular momentum/G. Gibson, J. Courtial, M.J. Padgett, M. Vasnetsov, V. Pasko, S.M. Barnett, S. Franke-Arnold//Optics Express. -2004. -Vol. 12, Issue 22. -P. 5448-5456. -
  • DOI: 10.1364/OPEX.12.005448
  • Wang, J. Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing/J. Wang, J. Yang, I.M. Fazal, N. Ahmed, Y. Yan, H. Huang, Y. Ren, Y. Yue, S. Dolinar, M. Tur, A.E. Willner//Nature Photonics. -2012. -Vol. 6, Issue 7. -P. 488-496. -
  • DOI: 10.1038/nphoton.2012.138
  • Khonina, S.N. How low can STED go? Comparison of different write-erase beam combinations for stimulated emission depletion microscopy/S.N. Khonina, I. Golub//Journal of the Optical Society of America A. -2012. -Vol. 29, Issue 10. -P. 2242-2246. -
  • DOI: 10.1364/JOSAA.29.002242
  • Paterson, L. Controlled rotation of optically trapped microscopic particles/L. Paterson, M.P. MacDonald, J. Arlt, W. Sibbett, P.E. Bryant, K. Dholakia//Science. -2001. -Vol. 292, Issue 5518. -P. 912-914. -
  • DOI: 10.1126/science.1058591
  • Šiler, M. Optical forces induced behavior of a particle in a nondiffracting vortex beam/M. Šiler, P. Jákl, O. Brzobohatý, P. Zemánek//Optics Express. -2012. -Vol. 20, Issue 22. -P. 24304-24319. -
  • DOI: 10.1364/OE.20.024304
  • Hamazaki, J. Optical-vortex laser ablation/J. Hamazaki, R. Morita, K. Chujo, Y. Kobayashi, S. Tanda, T. Omatsu//Optics Express. -2010. -Vol. 18, Issue 3. -P. 2144-2151. -
  • DOI: 10.1364/OE.18.002144
  • Syubaev, S. Direct laser printing of chiral plasmonic nanojets by vortex beams/S. Syubaev, A. Zhizhchenko, A. Kuchmizhak, A. Porfirev, E. Pustovalov, O. Vitrik, Yu. Kulchin, S. Khonina, S. Kudryashov//Optics Express. -2017. -Vol. 25, Issue 9. -P. 10214-10223. -
  • DOI: 10.1364/OE.25.010214
  • Виноградова, М.Б. Теория волн/М.Б. Виноградова, О.В. Руденко, А.П. Сухоруков. -Москва: Наука, 1979. -384 с.
  • Khonina, S.N. Near-field propagation of vortex beams: models and computation algorithms/S.N. Khonina, A.V. Ustinov, A.A. Kovalyov, S.G. Volotovsky//Optical Memory and Neural Networks. -2014. -Vol. 23, Issue 2. -P. 50-73. -
  • DOI: 10.3103/S1060992X14020027
  • Хонина, С.Н. Метод вычисления собственных значений вытянутых сфероидальных функций нулевого порядка/С.Н. Хонина, С.Г. Волотовский, В.А. Сойфер//Доклады Академии наук. -2001. -Т. 376, № 1. -C. 30-33.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp