Научные статьи
\
Прикладные науки. Медицина. Технология
\
Инженерное дело. Техника в целом
\
Общее машиностроение. Ядерная технология. Электротехника. Технология машиностроения
\
Электротехника
Определение топологического заряда оптического вихря с помощью астигматического преобразования
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 6 т.40, 2016 года.
Бесплатный доступ
В работе теоретически и экспериментально показано, что если внести цилиндрическую линзу в лазерный пучок с оптическим вихрем с целым топологическим зарядом n и с нулем интенсивности на оптической оси, то на расстоянии за линзой, равном ее двойному фокусному расстоянию, n -кратно вырожденный ноль интенсивности разделяется на n изолированных нулей интенсивности, которые лежат на прямой в поперечной плоскости под углом плюс или минус 45 градусов к оси цилиндрической линзы в зависимости от направления спиральности оптического вихря (или от знака топологического заряда). Экспериментально показано, что таким методом можно определить топологический заряд с большим номером n = 100.
оптический вихрь
\ топологический заряд
\ цилиндрическая линза
\ астигматическое преобразование
Похожие статьи в разделе Электротехника
Короткий адрес: https://sciup.org/14059504
IDS: 14059504 | DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-6-781-792
Determination of an optical vortex topological charge using an astigmatic transform
It It is shown both theoretically and experimentally that if a cylindrical lens is placed into a laser beam, having an optical vortex with integer topological charge n and on-axis intensity , then at the double focal distance behind the lens, the n -fold degenerate intensity is split into n isolated intensity s. These intensity s lie on a straight line in the transverse plane at an angle of + 45 or - 45 degrees to the axis of the cylindrical lens, depending on the vortex helicity direction (i.e. sign of the topological charge). Experiments show that such a method can be used to determine higher-order topological charges up to n = 100.
Список литературы Определение топологического заряда оптического вихря с помощью астигматического преобразования
- Zhu, K. Propagation of Bessel-Gaussian beams with optical vortices in turbulent atmosphere/K. Zhu, G. Zhou, X. Li, X. Zheng, H. Tang//Optics Express. -2008. -Vol. 16(26). -P. 21315-21320. - DOI: 10.1364/OE.16.021315
- Krenn, M. Communication with spatially modulated light through turbulent air across Vienna/M. Krenn, R. Fickler, M. Fink, J. Handsteiner, M. Malik, T. Scheidl, R. Ursin, A. Zeilinger//New Journal of Physics. -2014. -Vol. 16. -113028. - DOI: 10.1088/1367-2630/16/11/113028
- Hadžievski, L. Stable optical vortices in nonlinear multicore fibers/L. Hadžievski, A. Maluckov, A.M. Rubenchik, S. Turitsyn//Light: Science & Applications. -2015. -Vol. 4. -e314 (6 p). - DOI: 10.1038/lsa.2015.87
- Foo, G. Optical vortex coronagraph/G. Foo, D.M. Palacios, G.A. Swartzlander Jr.//Optics Letters. -2005. -Vol. 30(24). -P. 3308-3310. - DOI: 10.1364/OL.30.003308
- Mair, A. Entanglement of the orbital angular momentum states of photons/A. Mair, A. Vaziri, G. Weihs, A. Zeilinger//Nature. -2001. -Vol. 412. -P. 313-316. - DOI: 10.1038/35085529
- Otsu, T. Direct evidence for three-dimensional off-axis trapping with single Laguerre-Gaussian beam/T. Otsu, T. Ando, Y. Takiguchi, Y. Ohtake, H. Toyoda, H. Itoh//Scientific Reports. -2014. -Vol. 4. -4579. - DOI: 10.1038/srep04579
- Abramochkin, E.G. Beam transformations and transformed beams/E.G. Abramochkin, V.G. Volostnikov//Optics Communications. -1991. -Vol. 83(1-2). -P. 123-135. - DOI: 10.1016/0030-4018(91)90534-K
- Khonina, S.N. Astigmatic Bessel laser beams/S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, K. Jefimovs, P. Paakkonen, J. Turunen//Journal of Modern Optics. -2004. -Vol. 51(5). -P. 677-686. - DOI: 10.1080/09500340408235545
- Kotlyar, V.V. Elliptic Laguerre-Gaussian beams/V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, A.A. Almazov, V.A. Soifer, K. Jefimovs, J. Turunen//Journal of the Optical Society of America A. -2006. -Vol. 23(1). -P. 43-56. - DOI: 10.1364/JOSAA.23.000043
- Bekshaev, A.Y. Transformation of higher-order optical vortices upon focusing by a astigmatic lens/A.Y. Bekshaev, M.S. Soskin, M.V. Vasnetsov//Optics Communications. -2004. -Vol. 241(4-6). -P. 237-247. - DOI: 10.1016/j.optcom.2004.07.023
- Almazov, A.A. How the tilt of a phase diffraction optical element affects the properties of shaped laser beams matched with a basis of angular harmonics/A.A. Almazov, S.N. Khonina, V.V. Kotlyar//Journal of Optical Technology. -2006. -Vol. 73(9). -P. 633-639. - DOI: 10.1364/JOT.73.000633
- Kotlyar, V.V. Light field decomposition in angular harmonics by means of diffractive optics/V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, V.A. Soifer//Journal of Modern Optics. -1998. -Vol. 45(7). -P. 1495-1506. - DOI: 10.1080/09500349808230644
- Khonina, S.N. Measuring the light field orbital angular momentum using DOE/S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, P. Paakkonen, J. Turunen//Optical Memory & Neural Networks. -2001. -Vol. 9(4). -P. 241-255.
- 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. Paakkonen, J. Simonen, J. Turunen//Journal of Modern Optics. -2001. -Vol. 48(10). -P. 1543-1557. - DOI: 10.1080/09500340110047501
- 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(2). -P. 259-268. - DOI: 10.1088/1464-4258/6/2/018
- Guo, C.G. Measuring the orbital angular momentum of optical vortices using a multipinhole plate/C.G. Guo, S.J. Yue, G.X. Wei//Applied Physics Letters. -2009. -Vol. 94(23). -231104. - DOI: 10.1063/1.3151920
- Dai, K.J. Measuring OAM states of light beams with gradually-changing-period gratings/K.J. Dai, C.Q. Gao, L. Zhong, Q.X. Na, Q. Wang//Optics Letters. -2015. -Vol. 40(4). -P. 562-565. - DOI: 10.1364/OL.40.000562
- Leach, J. Measuring the orbital angular momentum of a single photon/J. Leach, M. Padgett, S. Barnett, S. Franke-Arnold, J. Courtial//Physical Review Letters. -2002. -Vol. 88(25). -257901. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.88.257901
- Huang, H.C. Measuring the fractional orbital angular momentum of a vortex light beam by cascaded Mach-Zehnder interferometers/H.C. Huang, Y.T. Lin, M.F. Shih//Optics Communications. -2012. -Vol. 285(4). -P. 383-388. - DOI: 10.1016/j.optcom.2011.09.063
- Zhou, J. Experimental detection of high-order or fractional orbital angular momentum of light based on robust mode converter/J. Zhou, W.H. Zhang, L.X. Chen//Applied Physics Letters. -2016. -Vol. 108(1). -111108. - DOI: 10.1063/1.4944463
- Guo, C. Characterizing topological charge of optical vortices by using an annular aperture/C. Guo, L. Lu, H. Wang//Optics Letters. -2009. -Vol. 34(23). -P. 3686-3688. - DOI: 10.1364/OL.34.003686
- Hickmann, J.M. Unveiling a truncated optical lattice associated with a triangular aperture using light's orbital angular momentum/J.M. Hickmann, E.J.S. Fonseca, W.C. Soares, S. Chavez-Cedra//Physical Review Letters. -2010. -Vol. 105(5). -053904. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.053904
- De Araujo, L.E.E. Measuring vortex charge with a triangular aperture/L.E.E. de Araujo, M.E. Anderson//Optics Letters. -2011. -Vol. 36(6). -P. 787-789. - DOI: 10.1364/OL.36.000787
- Han, Y. Measuring the topological charge of optical vortices with an axicon/Y. Han, G. Zhao//Optics Letters. -2011. -Vol. 36(11). -P. 2017-2019. - DOI: 10.1364/OL.36.002017
- Prabhakar, S. Revealing the order of a vortex through its intensity record/S. Prabhakar, A. Kumar, J. Banerji, R.P. Singh//Optics Letters. -2011. -Vol. 36(22). -P. 4398-4400. - DOI: 10.1364/OL.36.004398
- Vaity, P. Topological charge dependent propagation of optical vortices under quadratic phase transformation/P. Vaity, R.P. Singh//Optics Letters. -2012. -Vol. 37(8). -P. 1301-1303. - DOI: 10.1364/OL.37.001301
- Vaity, P. Measuring the topological charge of an optical vortex by using a tilted convex lens/P. Vaity, J. Banerji, R.P. Singh//Physics Letters A. -2013. -Vol. 377(15). -P. 1154-1156. - DOI: 10.1016/j.physleta.2013.02.030
- Miyamoto, K. Direct observation of the topological charge of a terahertz vortex beam generated by a Tsurupica spiral phase plate/K. Miyamoto, K. Suizu, T. Akiba, T. Omatsu//Applied Physics Letters. -2014. -Vol. 104(26). -261104. - DOI: 10.1063/1.4886407
- Serna, J. Complete spatial characterization of a pulsed doughnut-type beam by use of spherical optica and a cylindrical lens/J. Serna, F. Encinas-Sanz//Journal of the Optical Society of America. -2001. -Vol. 18(7). -P. 1726-1733. - DOI: 10.1364/JOSAA.18.001726
- Peng, Y. Measuring topological charges of optical vortices with multi-singularity using a cylindrical lens/Y. Peng, X. Gan, P. Ju, Y. Wang, J. Zhao//Chinese Physics Letters. -2015. -Vol. 32(2). -024201. - DOI: 10.1088/0256-307X/32/2/024201
- Kotlyar, V.V. The phase rotor filter/V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, G.V. Uspleniev, M.V. Shinkarev, V.A. Soifer//Journal of Modern Optics. -1992. -Vol. 39(5). -P. 1147-1154. - DOI: 10.1080/09500349214551151
- Прудников, А.П. Интегралы и ряды. Элементарные функции/А.П. Прудников, Ю.А. Брычков, О.И. Маричев. -М.: Наука, 1981. -798 c.
- Прудников, А.П. Интегралы и ряды. Специальные функции/А.П. Прудников, Ю.А. Брычков, О.И. Маричев. -М.: Наука, 1983. -750 с.
- Хонина, С.Н. Расширение функциональных возможностей модовых астигматических конвертеров на основе применения дифракционных оптических элементов/С.Н. Хонина, С.В. Карпеев, А.В. Устинов//Известия Самарского научного центра РАН. -2009. -Т. 11, № 5. -С. 13-23.
- Kotlyar, V.V. Vortex Hermite-Gaussian laser beams/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev//Optics Letters. -2015. -Vol. 40(5). -P. 701-704. - DOI: 10.1364/OL.40.000701
