Методы определения орбитального углового момента лазерного пучка

Автор: Котляр Виктор Викторович, Ковалв Алексей Андреевич, Порфирьев Алексей Петрович

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 1 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

Предложены и исследованы численно и экспериментально два метода определения орбитального углового момента параксиальных лазерных пучков. Один метод основан на регистрации интенсивности в зоне Френеля, численном усреднении этой интенсивности по углу на дискретных радиусах и решении линейной системы уравнений для нахождения квадратов модулей коэффициентов разложения светового поля по базисным функциям. Другой метод основан на регистрации двух распределений интенсивности в Фурье-плоскости двух цилиндрических линз, повернутых друг относительно друга на 90°, и вычислении моментов первого порядка для измеренных интенсивностей. Экспериментальная ошибка определения небольших дробных значений орбитального углового момента (до 4) - около 1 %, а для больших дробных значений (до 30) - около 8 %.

Еще

Параксиальный лазерный пучок, дробный орбитальный угловой момент, дробный топологический заряд, оптический вихрь, цилиндрическая линза, суперпозиция пространственных мод

Короткий адрес: https://sciup.org/140243266

IDR: 140243266 | DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-42-53

Список литературы Методы определения орбитального углового момента лазерного пучка

Wang, J. Advances in communications using optical vortices/J. Wang//Photonics Research. -2016. -Vol. 4, Issue 5. -P. B14-B28. - DOI: 10.1364/PRJ.4.000B14
Wang, Z. Orbital angular momentum beams generated by passive dielectric phase masks and their performance in a communication link/Z. Wang, Y. Yan, A. Arbabi, G. Xie, C. Liu, Z. Zhao, Y. Ren, L. Li, N. Ahmed, A.J. Willner, E. Arbabi, A. Faraon, R. Bock, S. Ashrafi, M. Tur, A.E. Willner//Optics Letters. -2017. -Vol. 42, Issue 14. -P. 2746-2749. - DOI: 10.1364/OL.42.002746
Wang, X. Recent advances on optical vortex generation/X. Wang, Z. Nie, Y. Liang, J. Wang, T. Li, B. Jia//Nanophotonics. -2018. -Vol. 7, Issue 9. -P. 1533-1556. - DOI: 10.1515/nanoph-2018-0072
Gbur, G.J. Singular optics//G.J. Gbur. -Boca Raton: CRC Press, 2016. -545 p. -ISBN: 978-1-4665-8077-0.
Kotlyar, V.V. Vortex laser beams/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev. -Boca Raton: CRC Press, 2018. -404 p. -ISBN: 978-1-1385-4211-2.
Khonina, S.N. Experimental selection of spatial Gauss-Laguerre modes/S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, R.V. Skidanov, V.A. Soifer, P. Laakkonen, J. Turunen, Y. Wang//Optical Memory & Neural Networks. -2000. -Vol. 9, Issue 1. -P. 73-82.
Khonina, S.N. An analysis of the angular momentum of a light field in terms of angular harmonics/S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, P. Pääkkönen, J. Simonen, J. Turunen//Journal of Modern Optics. -2001. -Vol. 48, Issue 10. -P. 1543-1557. -
DOI: 10.1080/09500340108231783
Ruffato, G. Test of mode-division multiplexing and demultiplexing in free-space with diffractive transformation optics/G. Ruffato, M. Massari, G. Parisi, F. Romanato//Optics Express. -2017. -Vol. 25, Issue 7. -P. 7859-7868. -
DOI: 10.1364/OE.25.007859
Li, Y. Orbital angular momentum multiplexing and demultiplexing by a single metasurface/Y. Li, X. Li, L. Chen, M. Pu, J. Jin, M. Hong, X. Luo//Advanced Optical Materials. -2016. -Vol. 5, Issue 2. -1600502. -
DOI: 10.1002/adom.201600502
Bekshaev, A.Ya. Optical vortex symmetry breakdown and decomposition of the orbital angular momentum of light beams/A.Ya. Bekshaev, M.S. Soskin, M.V. Vasnetsov//Journal of the Optical Society of America A. -2003. -Vol. 20, Issue 8. -P. 1635-1643. -
DOI: 10.1364/JOSAA.20.001635
Denisenko, V. Determination of topological charges of polychromatic optical vortices/V. Denisenko, V. Shvedov, A.S. Desyatnikov, D.N. Neshesv, W. Krolikowski, A. Volyar, M. Soskin, Y.S. Kivshar//Optics Express. -2009. -Vol. 17, Issue 26. -P. 23374-23379. -
DOI: 10.1364/OE.17.023374
Kotlyar, V.V. Astigmatic transforms of an optical vortex for measurement of its topological charge/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev//Applied Optics. -2017. -Vol. 56, Issue 14. -P. 4095-4110. -
DOI: 10.1364/AO.56.004095
Alperin, S.N. Quantitative measurement of the orbital angular momentum of light with a single, stationary lens/S.N. Alperin, R.D. Niederriter, J.T. Gopinath, M.E. Siemens//Optics Letters. -2016. -Vol. 41, Issue 21. -P. 5019-5022. -
DOI: 10.1364/OL.41.005019
Alperin, S.N. Angular momentum of topologically structured darkness/S.N. Alperin, M.E. Siemens//Physical Review Letters. -2017. -Vol. 119, Issue 20. -203902. -
DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.203902
Liu, Z. Measuring high-order optical orbital angular momentum with a hyperbolic gradually changing period pure-phase grating/Z. Liu, S. Gao, W. Xiao, J. Yang, X. Huang, Y. Feng, J. Li, W. Liu, Z. Li//Optics Letters. -2018. -Vol. 43, Issue 13. -P. 3076-3079. -
DOI: 10.1364/OL.43.003076
Maji, S. Controlled noncannonical vortices from higher-order fractional screw dislocations/S. Maji, M.M. Brundavanam//Optics Letters. -2017. -Vol. 42, Issue 12. -P. 2322-2325. -
DOI: 10.1364/OL.42.002322
D'Errico, A. Measuring the complex orbital angular momentum spectrum and spatial mode decomposition of spectrum light beams/A. D'Errico, R. D'Amelio, B. Piccirillo, F. Cardano, L. Marrucci//Optica. -2017. -Vol. 4, Issue 11. -P. 1350-1357. -
DOI: 10.1364/OPTICA.4.001350
Kotlyar, V.V. Astigmatic laser beams with a large orbital angular momentum/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev//Optics Express. -2018. -Vol. 26, Issue 1. -P. 141-156. -
DOI: 10.1364/OE.26.000141
Melo, L.A. Direct measurement of the topological charge in elliptical beams using diffraction by a triangular aperture/L.A. Melo, A.J. Jesus-Silva, S. Chavez-Cedra, P.H.S. Ribeiro, W.C. Soares//Scientific Reports. -2018. -Vol. 8. -6370. -
DOI: 10.1038/s41598-018-24928-5
Gao, H. Topological charge measurement of concentric OAM states using the phase-shift method/H. Gao, Y. Han, Y. Li, D. Zhu, M. Sun, S. Yu//Journal of the Optical Society of America A. -2018. -Vol. 35, Issue 1. -P. A40-A44. -
DOI: 10.1364/JOSAA.35.000A40
Воляр, А.В. По ту сторону интенсивности или моменты интенсивности и измерение спектра оптических вихрей сложных пучков/А.В. Воляр, М.В. Брецько, Я.Е. Акимова, Ю.А. Егоров//Компьютерная оптика. -2018. -Т. 42, № 5. -С. 736-743. -
DOI: 10.18287/2412-6179-2017-42-5-736-743
Siegman, A.E. Lasers/A.E. Siegman. -Mill Valley, CA: University Science Books, 1986. -1283 p. -ISBN: 978-0-935702-11-8.
Xie, Z. Integrated (de)multiplexer for orbital angular momentum fiber communication/Z. Xie, S. Gao, T. Lei, S. Feng, Y. Zhang, F. Li, J. Zhang, Z. Li, X. Yuan//Photonics Research. -2018. -Vol. 6, Issue 7. -P. 743-749. -
DOI: 10.1364/PRJ.6.000743
Gori, F. Bessel-Gauss beams/F. Gori, G. Guattari, C. Padovani//Optics Communications. -1987. -Vol. 64, Issue 6. -P. 491-495. -
DOI: 10.1016/0030-4018(87)90276-8
Berry, M.V. Optical vortices evolving from helicoidal integer and fractional phase steps/M.V. Berry//Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. -2004. -Vol. 6, Issue 2. -P. 259-268. -
DOI: 10.1088/1464-4258/6/2/018
Götte, J.B. Quantum formulation of fractional orbital angular momentum/J.B. Götte, S. Franke-Arnold, R. Zambrini, S.M. Barnett//Journal of Modern Optics. -2007. -Vol. 54, Issue 12. -P. 1723-1738. -
DOI: 10.1080/09500340601156827
Kotlyar, V.V. Asymmetric Bessel modes/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, V.A. Soifer//Optics Letters. -2014. -Vol. 39, Issue 8. -P. 2395-2398. -
DOI: 10.1364/OL.39.002395
Прудников, А.П. Интегралы и ряды. Том 2. Специальные функции/А.П. Прудников, Ю.А. Брычков, О.И. Маричев -М.: Наука, 1983. -752 с.

Еще

Статья научная