Научные статьи \ Прикладные науки. Медицина. Технология \ Инженерное дело. Техника в целом \ Общее машиностроение. Ядерная технология. Электротехника. Технология машиностроения \ Электротехника

Преобразование конической волны с круговой поляризацией в вихревой цилиндрически поляризованный пучок в металлическом волноводе

Преобразование конической волны с круговой поляризацией в вихревой цилиндрически поляризованный пучок в металлическом волноводе

Автор: Харитонов Сергей Иванович, Хонина Светлана Николаевна

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 2 т.42, 2018 года.

Бесплатный доступ

В данной работе разработан математический аппарат для описания распространение волн в металлическом волноводе в цилиндрической системе координат. Показано преобразование конической волны с круговой поляризацией в вихревой цилиндрически поляризованный пучок на основе разложения поля по векторным цилиндрическим модам. Результаты моделирования, основанные на разложении по плоским волнам, качественно согласуются с теоретическими выкладками.

Моды цилиндрического металлического волновода, лазерный импульс, коническая волна, круговая поляризация, вихревой пучок с цилиндрической поляризацией

Короткий адрес: https://sciup.org/140228717

IDR: 140228717   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-2-197-211

Conversion of a conical wave with circular polarization into a vortex cylindrically polarized beam in a metal waveguide

In this paper, we have developed a mathematical base for describing the propagation of waves in a metal waveguide in a cylindrical coordinate system. The transformation of a conical wave with circular polarization into a cylindrically polarized vortex beam is shown on the basis of the expansion of the field in vector cylindrical modes. The results of modeling, based on the expansion in plane waves, qualitatively agree with theoretical calculations.

Список литературы Преобразование конической волны с круговой поляризацией в вихревой цилиндрически поляризованный пучок в металлическом волноводе

  • Tyo, J.S. Review of passive imaging polarimetry for remote sensing applications/J.S. Tyo, D.L. Goldstein, D.B. Chenault, J.A. Shaw//Applied Optics. -2006. -Vol. 45, Issue 22. -P. 5453-5469. - DOI: 10.1364/AO.45.005453
  • Oldenbourg, R. Polarized light microscopy of spindles/R. Oldenbourg. -In book: Methods in Cellular Biology. Vol. 61. Mitosis and Meiosis/ed. by C.L. Rieder. -San Diego, London: Academic Press, 1998. -ISBN: 978-0-12-544163-6. -Chap 10. -P. 175-208. - DOI: 10.1016/S0091-679X(08)61981-0
  • Khonina, S.N. How low can STED go? Comparison of different write-erase beam combinations for stimulated emission depletion microscopy/S.N. Khonina, I. Golub//Journal of the Optical Society of America A. -2012. -Vol. 29, Issue 10. -P. 2242-2246. - DOI: 10.1364/JOSAA.29.002242
  • Zhang, Y. Wide-field imaging of birefringent synovial fluid crystals using lensfree polarized microscopy for gout diagnosis/Y. Zhang, S.Y.C. Lee, Y. Zhang, D. Furst, J. Fitzgerald, A. Ozcan//Scientific Reports. -2016. -Vol. 6. -28793. - DOI: 10.1038/srep28793
  • Baumann, B. Polarization sensitive optical coherence tomography: A review of technology and applications/B. Baumann//Applied Sciences. -2017. -Vol. 7, Issue 5. -474. - DOI: 10.3390/app7050474
  • Jacques, S.L. Imaging superficial tissues with polarized light/S.L. Jacques, J.R. Roman, K. Lee//Lasers in Surgery and Medicine. -2000. -Vol. 26, Issue 2. -P. 119-129. -DOI: 10.1002/(SICI)1096-9101(2000)26:23.0.CO;2-Y.
  • Moscoso, M. Depolarization and blurring of optical images by biological tissue/M. Moscoso, J.B. Keller, G. Papanicolaou//Journal of the Optical Society of America A. -2001. -Vol. 18, Issue 4. -P. 948-960. - DOI: 10.1364/JOSAA.18.000948
  • Yeh, P. Optics of liquid crystal displays/P. Yeh, C. Gu. -2nd ed. -Hoboken, NJ: John Wiley and Sons, 2009. -792 p. -ISBN: 978-0-470-18176-8.
  • 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. - DOI: 10.1364/OL.22.000052
  • Сойфер, В.А. Оптическое манипулирование микрообъектами: достижения и новые возможности, порождённые дифракционной оптикой/В.А. Сойфер, В.В. Котляр, С.Н. Хонина//Физика элементарных частиц и атомного ядра. -2004. -Т. 35, Вып. 6. -P. 1368-1432.
  • Agrawal, G.P. Applications of nonlinear fiber optics/G.P. Agrawal. -2nd ed. -New York: Academic Press, 2008. -528 p. -ISBN: 978-0-12-374302-2.
  • Dennis, M.R. Singular optics: Optical vortices and polarization singularities/M.R. Dennis, K. O’Holleran, M.J. Padgett. -In Book: Progress in optics/ed. by E. Wolf. -London, New York: Elsevier, 2009. -Chap. 5. -P. 293-363. - DOI: 10.1016/S0079-6638(08)00205-9
  • Kraus, M. Microdrilling in steel using ultrashort pulsed laser beams with radial and azimuthal polarization/M. Kraus, M.A. Ahmed, A. Michalowski, A. Voss, R. Weber, T. Graf//Optics Express. -2010. -Vol. 18, Issue 21. -P. 22305-22313. - DOI: 10.1364/OE.18.022305
  • Hnatovsky, C. Polarization-dependent ablation of silicon using tightly focused femtosecond laser vortex pulses/C. Hnatovsky, V.G. Shvedov, N. Shostka, A.V. Rode, W. Krolikowski//Optics Letters. -2012. -Vol. 37, Issue 2. -P. 226-228. - DOI: 10.1364/OL.37.000226
  • Kuchmizhak, A. On-fly femtosecond-laser fabrication of self-organized plasmonic nanotextures for chemo-and biosensing applications/A. Kuchmizhak, E. Pustovalov, S. Syubaev, O. Vitrik, Y. Kulchin, A. Porfirev, S. Khonina, S.I. Kudryashov, P. Danilov, A. Ionin//ACS Applied Materials & Interfaces. -2016. -Vol. 8, Issue 37. -P. 24946-24955. - DOI: 10.1021/acsami.6b07740
  • Majumdar, A.K. Free-space laser communications: principles and advances/A.K. Majumdar, J.C. Ricklin. -New York: Springer Science & Business Media; 2008. -418 p. -ISBN: 978-0-387-28652-5.
  • Huang, H. 100 Tbit/s free-space data link enabled by three-dimensional multiplexing of orbital angular momentum, polarization, and wavelength/H. Huang, G. Xie, Y. Yan, N. Ahmed, Y. Ren, Y. Yue, D. Rogawski, M.J. Willner, B.I. Erkmen, K.M. Birnbaum, S.J. Dolinar, M.P.J. Lavery, M.J. Padgett, M. Tur, A.E. Willner//Optics Letters. -2014. -Vol. 39, Issue 2. -P. 197-200. - DOI: 10.1364/OL.39.000197
  • Soifer, V.A. Vortex beams in turbulent media: review/V.A. Soifer, О. Korotkova, S.N. Khonina, Е.А. Shchepakina//Computer Optics. -2016. -Vol. 40(5). -P. 605-624. - DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-5-605-624
  • Durnin, J. Diffraction-free beams/J. Durnin, J.J. Miceli, Jr., J.H. Eberly//Physical Review Letters. -1987. -Vol. 58, Issue 15. -P. 1499-1501. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.58.1499
  • Kalosha, V.P. Toward the subdiffraction focusing limit of optical superresolution/V.P. Kalosha, I. Golub//Optics Letters. -2007. -Vol. 32, Issue 24. -P. 3540-3542. - DOI: 10.1364/OL.32.003540
  • Khonina, S.N. Sharper focal spot for a radially polarized beam using ring aperture with phase jump/S.N. Khonina A.V. Ustinov//Journal of Engineering. -2013. -Vol. 2013. -512971. - DOI: 10.1155/2013/512971
  • Wang, K. Influence of the incident wave-front on intensity distribution of the nondiffracting beam used in large-scale measurement/K. Wang, L. Zeng, Ch. Yin//Optics Communication. -2003. -Vol. 216, Issues 1-3. -P. 99-103. - DOI: 10.1016/S0030-4018(02)02307-6
  • Leitgeb, R.A. Extended focus depth for Fourier domain optical coherence microscopy/R.A. Leitgeb, M. Villiger, A.H. Bachmann, L. Steinmann, T. Lasser//Optics Letters. -2006. -Vol. 31, Issue 16. -P. 2450-2452. - DOI: 10.1364/OL.31.002450
  • Arimoto, R. Imaging properties of axicon in a scanning optical system/R. Arimoto, C. Saloma, T. Tanaka, S. Kawata//Applied Optics. -1992. -Vol. 31, Issue 31. -P. 6653-6657. - DOI: 10.1364/AO.31.006653
  • Fortin, M. Optical tests with Bessel beam interferometry/M. Fortin, M. Piché, E.F. Borra//Optics Express. -2004. -Vol. 2, Issue 24. -P. 5887-5895. - DOI: 10.1364/OPEX.12.005887
  • Garces-Chavez, V. Simultaneous micromanipulation in multiple planes using a self-reconstructing light beam/V. Garces-Chavez, D. McGloin, H. Melville, W. Sibbett, K. Dholakia//Nature. -2002. -Vol. 419, Issue 6903. -P. 145-147. - DOI: 10.1038/nature01007
  • Arlt, J. Optical dipole traps and atomic waveguides based on Bessel light beams/J. Arlt, K. Dholakia, J. Soneson, E.M. Wright//Physical Review A. -2001. -Vol. 63. -063602. - DOI: 10.1103/PhysRevA.63.063602
  • Skidanov, R.V. Micromanipulation in higher-order Bessel beams/R.V. Skidanov, V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, A.V. Volkov, V.A. Soifer//Optical Memory & Neural Networks (Information Optics). -2007. -Vol. 16(2). -P. 91-98. - DOI: 10.3103/S1060992X07020051
  • McLeod, J.H. The axicon: a new type of optical element/J.H. McLeod//Journal of the Optical Society of America. -1954. -Vol. 44, Issue 8. -P. 592-597. - DOI: 10.1364/JOSA.44.000592
  • Vasara, A. Realization of general nondiffracting beams with computer-generated holograms/A. Vasara, J. Turunen, A.T. Friberg//Journal of the Optical Society of America A. -1989. -Vol. 6, Issue 11. -P. 1748-1754. - DOI: 10.1364/JOSAA.6.001748
  • Khonina, S.N. Diffractive axicon with tunable fill factor for focal ring splitting/S.N. Khonina, A.P. Porfirev, A.V. Ustinov//Proceedings of SPIE. -2017. -Vol. 10233. -102331P. - DOI: 10.1117/12.2265017
  • Хонина, С.Н. Дифракция на бинарных микроаксиконах в ближней зоне/С.Н. Хонина, Д.А. Савельев, П.Г. Серафимович, И.А. Пустовой//Оптический журнал. -2012. -T. 79, № 10. -С. 22-29.
  • Khonina, S.N. Experimental demonstration of the generation of the longitudinal E-field component on the optical axis with high-numerical-aperture binary axicons illuminated by linearly and circularly polarized beams/S.N. Khonina, S.V. Karpeev, S.V. Alferov, D.A. Savelyev, J. Laukkanen, J. Turunen//Journal of Optics. -2013. -Vol. 15, Issue 8. -085704. - DOI: 10.1088/2040-8978/15/8/085704
  • Хонина, С.Н. Высокоапертурные бинарные аксиконы для формирования продольной компоненты электрического поля на оптической оси при линейной и круговой поляризации освещающего пучка/С.Н. Хонина, Д.А. Савельев//Журнал экспериментальной и теоретической физики. -2013. -Т. 144, Вып. 4(10). -С. 718-726. - DOI: 10.7868/S0044451013100039
  • Khonina, S.N. A longitudinally polarized beam generated by a binary axicon/S.N. Khonina, S.A. Degtyarev//Journal of Russian Laser Research. -2015. -Vol. 36, Issue 2. -P. 151-161. - DOI: 10.1007/s10946-015-9488-x
  • Shiyao, F. Bessel beams with spatial oscillating polarization/F. Shiyao, Z. Shikun, G. Chunqing//Scientific Reports. -2016. -Vol. 6 -30765. - DOI: 10.1038/srep30765
  • Khilo, N. A high-efficient method for generating radially and azimuthally polarized Bessel beams using biaxial crystals/N. Khilo, T.S. Al-Saud, S.H. Al-Khowaiter, M.K. Al-Muhanna, S. Solonevich, N. Kazak, A. Ryzhevich//Optics Communications. -2012. -Vol. 285, Issue 24. -P. 4807-4810. - DOI: 10.1016/j.optcom.2012.07.130
  • Khonina, S.N. Polarization conversion under focusing of vortex laser beams along the axis of anisotropic crystals/S.N. Khonina, S.V. Karpeev, V.D. Paranin, A.A. Morozov//Physics Letters A. -2017. -Vol. 381, Issue 30. -P. 2444-2455. - DOI: 10.1016/j.physleta.2017.05.025
  • Khonina, S.N. Focused, evanescent, hollow, and collimated beams formed by microaxicons with different conical angles/S.N. Khonina, S.A. Degtyarev, D.A. Savelyev, A.V. Ustinov//Optics Express. -2017. -Vol. 25, Issue 16. -P. 19052-19064. - DOI: 10.1364/OE.25.019052
  • Khonina, S.N. Generating inhomogeneously polarized higher-order laser beams by use of diffractive optical elements/S.N. Khonina, S.V. Karpeev//Journal of the Optical Society of America A. -2011. -Vol. 28, Issue 10. -P. 2115-2123. - DOI: 10.1364/JOSAA.28.002115
  • Скиданов, Р.В. Дифракционные аксиконы для формирования радиально-поляризованного света на основе использования стопы Столетова/Р.В. Скиданов, А.В. Морозов//Компьютерная оптика. -2014. -Т. 38, № 4. -С. 614-618.
  • Karpeev, S. Generation of a controlled double-ring-shaped radially polarized spiral laser beam using a combination of a binary axicon with an interference polarizer/S. Karpeev, V. Paranin, S. Khonina//Journal of Optics. -2017. -Vol. 19, Issue 5. -055701. - DOI: 10.1088/2040-8986/aa640c
  • Kawauchi, H. Simultaneous generation of helical beams with linear and radial polarization by use of a segmented half-wave plate/H. Kawauchi, Y. Kozawa, S. Sato, T. Sato, S. Kawakami//Optics Letters. -2008. -Vol. 33, Issue 4. -P. 399-401. - DOI: 10.1364/OL.33.000399
  • Zhang, H. Expansion of the electromagnetic fields of a shaped beam in terms of cylindrical vector wavefunctions/H. Zhang, Y. Han, G. Han//Journal of the Optical Society of America B. -2007. -Vol. 24, Issue 6. -P. 1383-1391. - DOI: 10.1364/JOSAB.24.001383
  • Khonina, S.N. Generation of cylindrical vector beams of high orders using uniaxial crystals/S.N. Khonina, S.V. Karpeev, S.V. Alferov, V.A. Soifer//Journal of Optics. -2015. -Vol. 17, Issue 6. -065001. - DOI: 10.1088/2040-8978/17/6/065001
  • Zhang, Y. Vector propagation of radially polarized Gaussian beams diffracted by an axicon/Y. Zhang, L. Wang, C. Zheng//Journal of the Optical Society of America A. -2005. -Vol. 22, Issue 11. -P. 2542-2546. - DOI: 10.1364/JOSAA.22.002542
  • Khonina, S.N. Near-field propagation of vortex beams: models and computation algorithms/S.N. Khonina, A.V. Ustinov, A.A. Kovalyov, S.G. Volotovsky//Optical Memory and Neural Networks. -2014. -Vol. 23, Issue 2. -P. 50-73. - DOI: 10.3103/S1060992X14020027
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp