Механизм формирования обратного потока энергии в остром фокусе

Механизм формирования обратного потока энергии в остром фокусе

Автор: Котляр Виктор Викторович, Стафеев Сергей Сергеевич, Налимов Антон Геннадьевич, Ковалв Алексей Андреевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 5 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

Теоретически показано, что в интерференционной картине четырёх плоских волн со специально подобранными направлениями векторов линейной поляризации формируется обратный поток энергии. Области прямого и обратного потока перемежаются в шахматном порядке. Величина обратного потока прямо зависит от угла схождения плоских волн и максимальна при угле схождения, близком к 90 °. Правые тройки векторов четырёх плоских волн (волновой вектор с положительной проекцией на оптическую ось и вектора напряжённостей электрического и магнитного полей) при сложении в некоторых областях интерференционной картины формируют электромагнитное поле, описываемое правой тройкой тех же векторов, но волновой вектор имеет отрицательную проекцию на оптическую ось. Также показано, что если в область обратного потока поместить сферическую диэлектрическую рэлеевскую наночастицу, то на неё будет действовать сила, направленная в обратном направлении (при этом рассеивающая сила будет больше градиентной).

Еще

Обратный поток энергии, интерференция плоских волн, формулы рачардса- вольфа, острая фокусировка, цилиндрический векторный пучок

Короткий адрес: https://sciup.org/140246504

IDR: 140246504   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-714-722

Список литературы Механизм формирования обратного потока энергии в остром фокусе

  • Nye, J.F. Dislocations in wave trains / J.F. Nye, M.V. Berry // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. - 1974. - Vol. 336, Issue 1605. - P. 165-190.
  • Soskin, M. Singular optics / M. Soskin, M. Vasnetsov. - In: Progress in optics / ed. by E. Wolf. - Elsevier, 2001. - P. 219-276.
  • Swartzlander Jr, G.A. The optical vortex coronagraph / G.A. Swartzlander Jr. // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2009. - Vol. 11, Issue 9. - 094022.
  • Gahagan, K.T. Optical vortex trapping of particles / K.T. Gahagan, G.A. Swartzlander // Optics Letters. - 1996. - Vol. 21, Issue 11. - P. 827-829.
  • Gecevicius, M. Single beam optical vortex tweezers with tunable orbital angular momentum / M. Gecevicius, R. Drevinskas, M. Beresna, P.G. Kazansky // Applied Physics Letters. - 2014. - Vol. 104, Issue 23. - 231110.
  • Simpson, N.B. Mechanical equivalence of spin and orbital angular momentum of light: an optical spanner / N.B. Simpson, K. Dholakia, L. Allen, M.J. Padgett // Optics Letters. - 1997. - Vol. 22, Issue 1. - P. 52-54.
  • Volke-Sepulveda, K. Orbital angular momentum of a high-order Bessel light beam / K. Volke-Sepulveda, V. Garces-Chavez, S. Chavez-Cerda, J. Arlt, K. Dholakia // Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics. - 2002. - Vol. 4, Issue 2. -P. S82-S89.
  • Thide, B. Utilization of photon orbital angular momentum in the low-frequency radio domain / B. Thide, H. Then, J. Sjoholm, K. Palmer, J. Bergman, T.D. Carozzi, Y.N. Istomin, N.H. Ibragimov, R. Khamitova // Physical Review Letters. - 2007. -Vol. 99, Issue 8. - 087701.
  • Bandyopadhyay, A. Wigner distribution of elliptical quantum optical vortex / A. Bandyopadhyay, R.P. Singh // Optics Communications. - 2011. - Vol. 284, Issue 1. - P. 256-261.
  • Bandyopadhyay, A. Entanglement of a quantum optical elliptic vortex / A. Bandyopadhyay, S. Prabhakar, R.P. Singh // Physics Letters A. - 2011. - Vol. 375, Issue 19. - P. 1926-1929.
  • McMorran, B.J. Electron vortex beams with high quanta of orbital angular momentum / B.J. McMorran, A. Agrawal, I.M. Anderson, A.A. Herzing, H.J. Lezec, J.J. McClelland, J. Unguris // Science. - 2011. - Vol. 331, Issue 6014. - P. 192-195.
  • Kotlyar, V.V. Energy density and energy flux in the focus of an optical vortex: reverse flux of light energy / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.G. Nalimov // Optics Letters. - 2018. - Vol. 43, Issue 12. - P. 2921-2924. -
  • DOI: 10.1364/OL.43.002921
  • Kotlyar, V.V. Helical reverse flux of light of a focused optical vortex / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, A.A. Kovalev // Journal of Optics. - 2018. - Vol. 20, Issue 9. - 095603. -
  • DOI: 10.1088/2040-8986/aad606
  • 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
  • Kotlyar, V.V. Sharp focusing of vector optical vortices using a metalens / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov // Journal of Optics. - 2018. - Vol. 20, Issue 7. - 075101. -
  • DOI: 10.1088/2040-8986/aac4b3
  • 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.
  • Katsenelenbaum, B.Z. What is the direction of the Poynting vector? / B.Z. Katsenelenbaum // Journal of Communications Technology and Electronics. - 1997. - Vol. 42, Issue 2. - P. 119-120.
  • Karman, G.P. Creation and annigilation of phase singularities in a focal field / G.P. Karman, M.W. Beijersbergen, A. van Duijl, J.P. Woerdman // Optics Letters. - 1997. - Vol. 22, Issue 9. - P. 1503-1505.
  • Berry, M.V. Wave dislocation reactions in non-paraxial Gaussian beams / M.V. Berry // Journal of Modern Optics. - 1998. -Vol. 45, Issue 9. - P. 1845-1858.
  • Volyar, A.V. Nonparaxial Gausian beams: I. Vector fields / A.V. Volyar // Technical Physics Letters. - 2000. - Vol. 26, Issue 7. - P. 573-575.
  • Volyar, A.V. The structure of a nonparaxial Gaussian beam near the focus: II. Optical vortices / A.V. Volyar, V.G. Shvedov, T.A. Fadeeva // Optics and Spectroscopy. - 2001. - Vol. 90, Issue 1. - P. 93-100.
  • Vasnetsov, M.V. Wave front 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.
  • Novitsky, A.V. Negative propagation of vector Bessel beams / A.V. Novitsky, D.V. Novitsky // Journal of the Optical Society of America A. - 2007. - Vol. 24, Issue 9. - P. 2844-2849.
  • Sukhov, S. On the concept of "tractor beams" / S. Sukhov, A. Dogariu // Optics Letters. - 2010. - Vol. 35, Issue 22. - P. 3847 3849.
  • Qiu, C.W. Engineering light-mater interaction for emerging optical manipulation applications / C.W. Qiu, D. Palima, A. Novitsky, D. Gao, W. Ding, S.V. Zhukovsky, J. Gluckstad // Nanophotonics. - 2014. - Vol. 3, Issue 3. - P. 181-201.
  • Mitri, F.G. Reverse propagation and negative angular momentum density flux of an optical nondiffracting nonparaxial fractional Bessel vortex beam of progressive waves / F.G. Mitri // Journal of the Optical Society of America A. - 2016. - Vol. 33, Issue 9. -P. 1661-1667.
  • Salem, M.A. Energy flow characteristics of vector X-waves / M.A. Salem, H. Bagci // Optics Express. - 2011. - Vol. 19, Issue 9. - P. 8526-8532.
  • Vaveliuk, P. Negative propagation effect in nonparaxial Airy beams / P. Vaveliuk, O. Martinez-Matos // Optics Express. - 2012. - Vol. 20, Issue 24. - P. 26913-26921.
  • Rondon-Ojeda, I. Properties of the Poynting vector for invariant beams: Negative propagation in Weber beams / I. Rondon-Ojeda, F. Soto-Eguibar // Wave Motion. - 2018. - Vol. 78. - P. 176-184.
  • Berry, M.V. Quantum backflow, negative kinetic energy, and optical retro-propagation / M.V. Berry // Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. - 2010. - Vol. 43, Issue 41. - 415302.
  • Irvine, W.T.M. Linked and knotted beams of light / W.T.M. Irvine, D. Bouwmeester // Nature Physics. - 2008. - Vol. 4, Issue 9. - P. 716-720.
  • 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.
  • 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, Issue 11. - P. 1079-1082.
  • Harada, Y. Radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh scattering regime / Y. Harada, T. Asakura // Optics Communications. - 1996. - Vol. 124, Issue 5-6. - P. 529-541.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp