Орбитальный угловой момент и топологический заряд гауссова пучка с несколькими оптическими вихрями
Автор: Ковалв Алексей Андреевич, Котляр Виктор Викторович, Калинкина Дарья Сергеевна
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 1 т.44, 2020 года.
Бесплатный доступ
Исследован теоретически и численно Гауссов пучок с несколькими оптическими вихрями с единичным топологическим зарядом одного знака, центры которых расположены равномерно на окружности. Получены простые выражения для его мощности, орбитального углового момента и топологического заряда. Показано, что орбитальный угловой момент, нормированный на мощность, не может превышать количество вихрей в пучке. Этот орбитальный угловой момент убывает с увеличением расстояния от оптической оси до центров вихрей. Топологический заряд, напротив, не зависит от этого расстояния и равен числу вихрей. При прохождении через случайный фазовый экран (диффузор) и распространении в свободном пространстве рассмотренные пучки можно идентифицировать по числу локальных минимумов интенсивности (теневых пятен) и по орбитальному угловому моменту, что подтверждается численным моделированием.
Гауссов пучок, оптический вихрь, фазовая сингулярность, орбитальный угловой момент, топологический заряд, случайный экран, диффузор, рассеивающая среда
Короткий адрес: https://sciup.org/140247072
IDR: 140247072 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-632
Список литературы Орбитальный угловой момент и топологический заряд гауссова пучка с несколькими оптическими вихрями
- 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
- Durnin, J. Exact solutions for nondiffracting beams. I. The scalar theory / J. Durnin // Journal of the Optical Society of America A. - 1987. - Vol. 4. - P. 651-654. - DOI: 10.1364/JOSAA.4.000651
- Васильев, В. С. Распространение пучков Бесселя и суперпозиций вихревых пучков в атмосфере / B.С. Васильев, А.И. Капустин, Р.В. Скиданов, Н.А. Ивлиев, В.В. Подлипнов, С.В. Ганчевская // Компьютерная оптика. - 2019. - Т. 43, № 3. - С. 376-384. - DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-376-384
- Siegman, A.E. Lasers / A.E. Siegman. - Sausalito, CA: University Science Books, 1986.
- Wang, F. Average intensity and spreading of partially coherent standard and elegant Laguerre-Gaussian beams in turbulent atmosphere / F. Wang, Y. Cai, H.T. Eyyuboglu, Y. Baykal // Progress in Electromagnetics Research. - 2010. - Vol. 103. - P. 33-55. - DOI: 10.2528/PIER10021901
- Chen, Y. Experimental demonstration of a Laguerre-Gaussian correlated Schell-model vortex beam / Y. Chen, F. Wang, C. Zhao, Y. Cai // Optics Express - 2014. - Vol. 22, Issue 5. - P. 5826-5838. -
- DOI: 10.1364/OE.22.005826
- Lukin, V.P. Beam spreading of vortex beams propagating in turbulent atmosphere / V.P. Lukin, P.A. Konyaev, V.A Sennikov // Applied Optics. - 2012. - Vol. 51, Issue 10. - P. C84-C87. -
- DOI: 10.1364/AO.51.000C84
- Gori, F. Bessel-Gauss beams / F. Gori, G. Guattari, C. Padovani // Optics Communications. - 1987. - Vol. 64. -P. 491-495. -
- DOI: 10.1016/0030-4018(87)90276-8
- 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, Issue 26. - P. 21315-21320. -
- DOI: 10.1364/OE.16.021315
- Avramov-Zamurovic, S. Experimental study of electromagnetic Bessel-Gaussian schell model beams propagating in a turbulent channel / S. Avramov-Zamurovic, C. Nelson, S. Guth, O. Korotkova, R. Malek-Madani // Optics Communications. - 2016. - Vol. 359. - P. 207-215. -
- DOI: 10.1016/j.optcom.2015.09.078
- Lukin, I.P. Integral momenta of vortex Bessel-Gaussian beams in turbulent atmosphere / I.P. Lukin // Applied Optics. - 2016. - Vol. 55, Issue 12. - P. B61-B66. -
- DOI: 10.1364/AO.55.000B61
- Wang, L.G. The effect of atmospheric turbulence on the propagation properties of optical vortices formed by using coherent laser beam arrays / L.G. Wang, W.W. Zheng // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2009. -Vol. 11, Issue 6. - 065703. -
- DOI: 10.1088/14644258/11/6/065703
- 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. 50195022. -
- DOI: 10.1364/OL.41.005019
- Kotlyar, V.V. Calculation of fractional orbital angular momentum of superpositions of optical vortices by intensity moments / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Optics Express. - 2019. - Vol. 27, Issue 8. - P. 11236-11251. -
- DOI: 10.1364/OE.27.011236
- Indebetouw, G. Optical vortices and their propagation / G. Indebetouw // Journal of Modern Optics. - 1993. - Vol. 40, Issue 1. - P. 73-87. -
- DOI: 10.1080/09500349314550101
- Dennis, M. Rows of optical vortices from elliptically perturbing a high-order beam / M. Dennis // Optics Letters. - 2006. - Vol. 31, Issue 9. - P. 1325-1327. -
- DOI: 10.1364/OL.31.001325
- Alexeyev, C.N. Mutual transfor-mations of fractional-order and integer-order optical vortices / C.N. Alexeyev, Ya.A. Egorov, A.V. Volyar // Physical Review A. - 2017. - Vol. 96. - 063807. -
- DOI: 10.1103/PhysRevA.96.063807
- 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. - P. 259268. -
- DOI: 10.1088/1464-4258/6/2/018
- Volyar, A. Vortex avalanche in the perturbed singular beams / A. Volyar, M. Bretsko, Y. Akimova, Y. Egorov // Journal of the Optical Society of America A. - 2019. -Vol. 36. - P. 1064-1071. -
- DOI: 10.1364/JOSAA.36.001064
- Котляр, В.В. Топологическая стабильность оптических вихрей при дифракции на случайном фазовом экране / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.П. Порфирьев // Компьютерная оптика. - 2019. - Т. 43, № 6. - С. 917-925. -
- DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-917-925
- Abramovitz, M. Handbook of mathematical functions: With formulas, graphs, and mathematical tables / ed. by M. Abramovitz, I.A. Stegun. - New York: Dover Publications, Inc., 1965. - 1046 p.
