Измерение орбитальных параметров Стокса структурированных астигматических пучков в критических плоскостях оптической системы первого порядка
Автор: Воляр А.В., Брецько М.В., Халилов С.И., Акимова Я.Е.
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 6 т.49, 2025 года.
Бесплатный доступ
Разработан и экспериментально воплощен метод измерения орбитальных параметров Стокса, включая орбитальный угловой момент как неоднородного астигматического пучка, так и однородного неастигматического структурированного пучка, в оптической системе первого порядка. В процессе измерений мы использовали свойства первой и второй критических плоскостей, возникающих вблизи фокусасферической линзы и ее двойного фокуса соответственно, которые являются плоскостями наблюдения. Теоретически и экспериментально обнаружено, что в критических плоскостях возникает не только равенство радиусов пучков в x- и y-направлениях, но также разность фаз Гуи в x- и y-компонентах испытывает резкие изменения на π/2 и 2πn, n=0, 1, 2, ..., в первой и второй критических плоскостях соответственно. Кроме того, в критических плоскостях проявляется эффект взаимности между поперечным моментом интенсивности Wxy и орбитальным угловым моментом, а также эффект самовосстановления всех параметров пучка во второй критической плоскости, присущих исходному пучку. Эти свойства структурированного пучка позволяют найти все три орбитальных параметра Стокса посредством измерения трех Wxx, Wyy, Wxy моментов интенсивности с 4 % погрешности измерений, а также отобразить состояния пучка в виде прямого и обратного вращения траектории на орбитальную сферу Пуанкаре.
Пучки Лагерра–Гаусса, ABCD-матрица, структурированный свет, орбитальный угловой момент
Короткий адрес: https://sciup.org/140313248
IDR: 140313248 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1677
Measurement of the orbital Stokes parameters in structured astigmatic beams in critical planes of the first-order optical system
In this work, a method for measuring the orbital Stokes parameters of an inhomogeneous astigmatic beam in an optical system of the first order is developed and experimentally implemented. Unlike the method of measuring orbital parameters in homogeneous beams, our technique employs properties of critical planes that arise in a space between cylindrical and spherical lenses, as well as the observation plane. Theoretically and experimentally, it is revealed that in the critical planes, not only is there equality of beam radii in the x and y directions, but also the Gouy phase difference in the x and y components is equal to π/2 and 2πn, n=0, 1,2, ... in the first and second critical planes, respectively. Additionally, in the critical planes, the reciprocity principle between the transverse intensity moment Wxy and OAM is fulfilled, as well as the correspondence principle between all beam parameters in the second critical plane and the front plane of the cylindrical lens. These properties of the structured beam make it possible to find all three orbital Stokes parameters by measuring three Wxx, Wyy, and Wxy intensity moments with a 4% measurement error, as well as to map the beam states onto the orbital Poincare sphere.
