Оптические пучки с бесконечным числом вихрей
Автор: Котляр Виктор Викторович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 4 т.45, 2021 года.
Бесплатный доступ
При передаче данных с помощью вихревых лазерных пучков носителем информации может являться топологический заряд, теоретическое значение которого не ограничено. Однако, топологический заряд одного отдельного вихря ограничен возможностями его формирования. Поэтому в данной работе проанализированы пучки с неограниченным (счётным) множеством оптических вихрей. Суммарный топологический заряд таких пучков бесконечен. Центры сингулярности фазы (изолированные нули интенсивности) таких пучков, как правило, имеют единичный топологический заряд и расположены эквидистантно (или не эквидистантно) на прямой линии в поперечном сечении пучка. Такие пучки структурно устойчивые и при распространении в пространстве изменяются только масштабно и вращаются. Орбитальный угловой момент таких мультивихревых пучков конечный, так как только конечное число оптических вихрей попадает в область Гауссова пучка с заметной интенсивностью. Остальные центры сингулярности фазы находятся на периферии (и на бесконечности), где интенсивность почти нулевая.
Оптический вихрь, топологический заряд, структурно устойчивый пучок, мультивихревой пучок, орбитальный угловой момент
Короткий адрес: https://sciup.org/140290242
IDR: 140290242 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-858
Optical beams with an infinite number of vortices
In optical data transmission with using vortex laser beams, data can be encoded by the topological charge, which is theoretically unlimited. However, the topological charge of a single separate vortex is limited by possibilities of its generating. Therefore, in this work, we analyze light beams with an unbounded (countable) set of optical vortices. The summary topological charge of such beams is infinite. Phase singularities (isolated intensity s) in such beams typically have a unit topological charge and reside equidistantly (or not equidistantly) on a straight line in the beam cross section. Such beams are form-invariant and, on propagation in space, change only in scale and rotate. Orbital angular momentum of such multivortex beams is finite, since only a finite number of optical vortices fall into the area, where the Gaussian beam has a notable intensity. Other phase singularities are located in the periphery (and at the infinity), where the intensity is almost zero.
Список литературы Оптические пучки с бесконечным числом вихрей
- Allen, L. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes / L. Allen, M.W. Beijersbergen, R.J.C. Spreeuw, J.P. Woerdman // Physical Review A. - 1992. - Vol. 45, Issue 11. - P. 8185-8189.
- Courtial, J. Gaussian beams with very high orbital angular momentum / J. Courtial, K. Dholakia, L. Allen, M.J. Padgett // Optics Communications. - 1997. - Vol. 144. - P. 210-213.
- Campbell, G. Generation of high-order optical vortices using directly machined spiral phase mirrors / G. Campbell, B. Hage, B. Buchler, P. Lam // Applied Optics. - 2012. -Vol. 51. - P. 873-876.
- Chen, Y. Generation and characterization of a perfect vortex beam with a large topological charge through a digital micromirror device / Y. Chen, Z. Fang, Y. Ren, L. Gong, R. Lu // Applied Optics. - 2015. - Vol. 54. - P. 8030-8035.
- Wang, C. Generation and measurement of high-order optical vortices by using the cross phase / C. Wang, Y. Ren, T. Liu, C. Luo, S. Qiu, Z. Li, H. Wu // Applied Optics. -2020. - Vol. 59. - P. 4040-4047.
- Chen, D. High-order cylindrical vector beams with tunable topological charge up to 14 directly generated from a microchip laser with high beam quality and high efficiency / D. Chen, Y. Miao, H. Fu, H. He, J. Tong, J. Dong // APL Photonics. - 2019. - Vol. 4. - 106106.
- 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. 4095-4104. - DOI: 10.1364/A0.56.004095.
- Kumar, P. Modified Mach-Zehnder interferometer for determining the high-order topological charge of Laguerre-Gaussian vortex beams / P. Kumar, N. Nishchal // Journal of the Optical Society of America A. - 2019. - Vol. 36. - P. 1447-1455.
- Li, Y. Measuring the topological charge of vortex beams with gradually changing-period spiral spoke grating / Y. Li, Y. Han, Z. Cui // IEEE Photonics Technology Letters. -2020. - Vol. 32, Issue 2. - P. 101-104.
- Nape, I. Enhancing the modal purity of orbital angular momentum photons / I. Nape, B. Sephton, Y.-W. Huang, A. Valles, C.-W. Qiu, A. Ambrosio, F. Capasso, A. Forbes // APL Photonics. - 2020. - Vol. 5. - 070802.
- Hong, S. Hollow silica photonic crystal fiber guiding 101 orbital angular momentum modes without phase distortion in C+ L band / S. Hong, Y.S. Lee, H. Choi, C. Quan, Y. Li, S. Kim, K. Oh // Journal of Lightwave Technology. - 2020. - Vol. 38, Issue 5. - P. 1010-1018.
- Fickler, R. Quantum entanglement of angular momentum states with quantum numbers up to 10010 / R. Fickler, G. Campbell, B. Buchler, P.K. Lam, A. Zeilinger // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2016. - Vol. 113, Issue 48. - P. 13642-13647.
- Serna, J. Orbital angular momentum of partially coherent beams / J. Serna, J. Movilla // Optics Letters. - 2001. -Vol. 26. - P. 405-407.
- 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.
- Indebetouw, G. Optical Vortices and Their Propagation / G. Indebetouw // Journal of Modern Optics. - 1993. -Vol. 40, Issue 1. - P. 73-87.
- Abramochkin, E.G. Spiral-type beams: optical and quantum aspects / E.G. Abramochkin, V.G. Volostnikov // Optics Communications. - 1996. - Vol. 125, Issues 4-6. - P. 302-323.
- Абрамочкин, Е.Г. Современная оптика гауссовых пучков / Е.Г. Абрамочкин, В.Г. Волостников. - Москва: Физматлит, 2010.
- Siegman, A.E. Lasers / A.E. Siegman. - University Science, 1986.
- Kotlyar, V.V. Vortex astigmatic Fourier-invariant Gaussian beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Optics Express. - 2019. - Vol. 27, Issue 2. - P. 657-666. - DOI: 10.1364ЮЕ.27.000657.
- Прудников, А.П. Интегралы и ряды. Специальные функции / А.П. Прудников, Ю.А. Брычков, О.И. Маричев - М.: Наука, 1983.
