Расчёт, изготовление и исследование субволнового аксикона для поляризационного преобразования излучения терагерцового диапазона

Расчёт, изготовление и исследование субволнового аксикона для поляризационного преобразования излучения терагерцового диапазона

Автор: Хонина Светлана Николаевна, Тукмаков Константин Николаевич, Дегтярев Сергей Александрович, Решетников Антон Сергеевич, Павельев Владимир Сергеевич, Князев Борис Александрович, Чопорова Юлия Юрьевна

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 5 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

Рассчитан, изготовлен и исследован методами численного и натурного экспериментов субволновый аксикон для преобразования линейно-поляризованного излучения терагерцового диапазона в цилиндрически поляризованный пучок. В ходе экспериментов, поставленных на рабочей станции Новосибирского лазера на свободных электронах, показана эффективность созданного кремниевого элемента для выполнения поляризационного преобразования.

Субволновый аксикон, поляризационное преобразование, лазер на свободных электронах, терагерцовое излучение

Короткий адрес: https://sciup.org/140246509

IDR: 140246509   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-756-764

Список литературы Расчёт, изготовление и исследование субволнового аксикона для поляризационного преобразования излучения терагерцового диапазона

  • Kulipanov, G.N. Novosibirsk free electron laser-facility description and recent experiments / G.N. Kulipanov, E.G. Bagryanskaya, E.N. Chesnokov, Yu.Yu. Choporova, V.V. Gerasimov, Ya.V. Getmanov, S.L. Kiselev, B.A. Knyazev, V.V. Kubarev, S.E. Peltek, V.M. Popik, T.V. Salikova, M.A. Scheglov, S.S. Seredniakov, O.A. Shevchenko, A.N. Skrinsky, S.L. Veber, N.A. Vinokurov // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. - 2015. - Vol. 5, Issue 5. - P. 798-809. - DOI: 10.1109/TTHZ.2015.2453121
  • Walsby, E.D. Multilevel silicon diffractive optics for terahertz waves / E.D. Walsby, S. Wang, J. Xu, T. Yuan, R. Blaikie, S.M. Durbin, X.-C. Zhang, D.R.S. Cumming // Journal of Vacuum Science and Technology B. - 2002. - Vol. 20, Issue 6. -2780.
  • Furlan, W.D. 3D printed diffractive terahertz lenses / W.D. Furlan, V. Ferrando, J.A. Monsoriu, P. Zagrajek, E. Czerwinska, M. Szustakowski // Optics Letters. - 2016. - Vol. 41, Issue 8. - P. 1748-1751. - DOI: 10.1364/OL.41.001748
  • Агафонов, А.Н. Кремниевые дифракционные оптические элементы для мощного монохроматического терагерцового излучения / А.Н. Агафонов, Б.О. Володкин, А.К. Кавеев, Б.А. Князев, Г.И. Кропотов, В.С. Павельев, В.А. Сойфер, К.Н. Тукмаков, Е.В. Цыганкова, Ю.Ю. Чопорова // Автометрия. - 2013. - Т. 49, № 2. - С. 98-105.
  • Knyazev, B.A. Real-time imaging using a high-power monochromatic terahertz source: Comparative description of imaging techniques with examples of application / B.A. Knyazev, V.S. Cherkassky, Yu.Yu. Choporova, V.V. Gerasimov, M.G. Vlasenko, M.A. Dem'yanenko, D.G. Esaev // Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves. - 2011. - Vol. 32, Issue 10. - P. 12071222.
  • Дифракционная компьютерная оптика / Д.Л. Головашкин, Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский, В.В. Котляр, В.С. Павельев, Р.В. Скиданов, В.А. Сойфер, С.Н. Хонина; под ред. В.А. Сойфера. - М.: Физматлит, 2007. -
  • ISBN: 5-9221-0845-4
  • Агафонов, А.Н. Кремниевая оптика для фокусировки лазерного излучения терагерцового диапазона в заданные двумерные области / А.Н. Агафонов, Б.О. Володкин, С.Г. Волотовский, А.К. Кавеев, Б.А. Князев, Г.И. Кропотов, В.С. Павельев, К.Н. Тукмаков, Е.В. Цыганкова, Д.И. Цыпишка, Ю.Ю. Чопорова // Компьютерная оптика. - 2013. - Т. 37, № 4. - С. 464-470.
  • Агафонов, А.Н. Управление поперечно-модовым составом терагерцового лазерного излучения с помощью элементов бинарной кремниевой оптики / А.Н. Агафонов, Б.О. Володкин, А.К. Кавеев, Б.А. Князев, Г.И. Кропотов, В.С. Павельев, К.Н. Тукмаков, Ю.Ю. Чопорова // Компьютерная оптика. - 2014. - Т. 38, № 4. - С. 763-769.
  • Choporova, Yu.Yu. High-power Bessel beams with orbital angular momentum in the terahertz range / Yu.Yu. Choporova, B.A. Knyazev, G.N. Kulipanov, V.S. Pavelyev, M.A. Scheglov, N.A. Vinokurov, B.O. Volodkin, V.N. Zhabin // Physics Review A. - 2017. - Vol. 96. - 023846. -
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.96.023846
  • Rubinsztein-Dunlop, H. Roadmap on structured light / H. Rubinsztein-Dunlop, A. Forbes, M.V. Berry, M.R. Dennis, D.L. Andrews, M. Mansuripur, C. Denz, Ch. Alpmann, P. Banzer, T. Bauer, E. Karimi, L. Marrucci, M. Padgett, M. Ritsch-Marte, N.M. Litchinitser, N.P. Bigelow, C. Rosales-Guzman, A. Belmonte, J.P. Torres, T.W. Neely, M. Baker, R. Gordon, A.B. Stilgoe, J. Romero, A.G. White, R. Fickler, A.E. Willner, G. Xie, B. Mcmorran, A.M. Weiner // Journal of Optics. - 2017. - Vol. 19, Issue 1. - 013001.
  • Chen, R. Statistical properties of a cylindrical vector partially coherent beam in turbulent atmosphere / R. Chen, Y. Dong, F. Wang, Y. Cai // Applied Physics B. - 2013. - Vol. 112. - P. 247-259.
  • 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.
  • Milione, G. Using the nonseparability of vector beams to encode information for optical communication / G. Milione, T.A. Nguyen, J. Leach, D.A. Nolan, R.R. Alfano // Optics Letters. - 2015. - Vol. 40, Issue 21. - P. 4887-4890.
  • Moreno, I. Vector beam polarization state spectrum analyzer / I. Moreno, J.A. Davis, K. Badham, M.M. Sanchez-Lopez, J.E. Holland, D.M. Cottrell // Scientific Reports. - 2017. - Vol. 7, Issue 1. - 2216.
  • Khonina, S.N. Recognition of polarization and phase states of light based on the interaction of nonuniformly polarized laser beams with singular phase structures / S.N. Khonina, A.P. Porfirev, S.V. Karpeev // Optics Express. - 2019. - Vol. 27, Issue 13. - P. 18484-18492. -
  • DOI: 10.1364/OE.27.018484
  • 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. - 22305.
  • 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.
  • Алфёров, С.В. О возможности управления лазерной абляцией при острой фокусировке фемтосекундного излучения / C.В. Алфёров, С.В. Карпеев, С.Н. Хонина, К.Н. Тукмаков, О.Ю. Моисеев, С.А. Шуляпов, К.А. Иванов, А.Б. Савельев-Трофимов // Квантовая электроника. - 2014. - Т. 44, № 11. - С. 1061-1065.
  • Omatsu, T. Metal microneedle fabrication using twisted light with spin / T. Omatsu, K. Chujo, K. Miyamoto, M. Okida, K. Nakamura, N. Aoki, R. Morita // Optics Express. - 2010. - Vol. 18, Issue 17. - P. 17967-17973.
  • Данилов, П.А. Поляризационно-селективное возбуждение люминесценции красителя на золотой пленке структурированными ультракороткими лазерными импульсами / П.А. Данилов, И.Н. Сараева, С.И. Кудряшов, А.П. Порфирьев, А.А. Кучмижак, А.Ю. Жижченко, А.А. Руденко, С.Ф. Уманская, Д.А. Заярный, A.A. Ионин, С.Н. Хонина // Письма в ЖЭТФ. - Т. 107, Вып. 1-2. - С. 18-22. -
  • DOI: 10.7868/S0370274X18010046
  • Hell, S.W. Breaking the diffraction resolution limit by stimulated-emission-depletion fluorescence microscopy / S.W. Hell, J. Wichmann // Optics Letters. - 1994. - Vol. 19. - P. 780-782.
  • Torok, P. The use of Gauss-Laguerre vector beams in STED microscopy / P. Torok, P.R.T. Munro // Optics Express. - 2004. -Vol. 12. - P. 3605-3617.
  • Hao, X. Effects of polarization on the de-excitation dark focal spot in STED microscopy / X. Hao, C. Kuang, T. Wang, X. Liu // Journal of Optics. - 2010. - Vol. 12. - 115707.
  • Khonina, S.N. Enlightening darkness to diffraction limit and beyond: comparison and optimization of different polarizations for dark spot generation / S.N. Khonina, I. Golub // Journal of the Optical Society of America A. - 2012. - Vol. 29. - P. 1470-1474. -
  • DOI: 10.1364/JOSAA.29.001470
  • 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.29.001470
  • Weibin, C. Realization of an evanescent Bessel beam via surface plasmon interference excited by a radially polarized beam / C. Weibin, Q. Zhan // Optics Letters. - 2009. - Vol. 34. - P. 722-724.
  • Bomzon, Z. Space-variant Pancharatnam-Berry phase optical elements with computer-generated subwavelength gratings / Z. Bomzon, G. Biener, V. Kleiner, E. Hasman // Optics Letters. - 2002. - Vol. 27. - P. 1141-1143.
  • Niv, A. Propagation-invariant vectorial Bessel beams obtained by use of quantized Pancharatnam-Berry phase optical elements / A. Niv, G. Biener, V. Kleiner, E. Hasman // Optics Letters. - 2004. - Vol. 29. - P. 238-240.
  • Stafeev, S.S. Subwavelength gratings for polarization conversion and focusing of laser light / S.S. Stafeev, V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, M.V. Kotlyar, L. O'Faolain // Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications. - 2017. - Vol. 27. - P. 32-41. -
  • DOI: 10.1016/j.photonics.2017.09.001
  • Degtyarev, S.A. Sublinearly chirped metalenses for forming abruptly autofocusing cylindrically polarized beams / S.A. Degtyarev, S.G. Volotovsky, S.N. Khonina // Journal of the Optical Society of America B. - 2018. - Vol. 35, Issue 8. -P. 1963-1969. -
  • DOI: 10.1364/JOSAB.35.001963
  • Degtyarev, S.A. Metasurfaces with continuous ridges for inverse energy flux generation / S.A. Degtyarev, D.A. Savelyev, S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy // Optics Express. - 2019. - Vol. 27, Issue 11. - P. 15129-15135. -
  • DOI: 10.1364/OE.27.015129
  • Durnin, J. Diffraction-free beams / J. Durnin, J.J. Miceli, J.H. Eberly // Physical Review Letters. - 1987. - Vol. 58, Issue 15. -P. 1499-1501.
  • Карпеев, С.В. Высокоапертурный бинарный биаксикон для дальнего ИК-диапазона: изготовление и экспериментальное тестирование при линейной поляризации падающего излучения // С.В. Карпеев, С.Н. Хонина, А.В. Волков, О.Ю. Моисеев, Г.Ф. Костюк, Д.М. Якуненкова // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва. - 2010. - Т. 4, Вып. 24. - С. 215-223.
  • Khonina, S.N. High-aperture binary axicons for the formation of the longitudinal electric field component on the optical axis for linear and circular polarizations of the illuminating beam / S.N. Khonina, D.A. Savelyev // Journal of Experimental and Theoretical Physics. - 2013. - Vol. 117, No. 4. - P. 623-630. -
  • DOI: 10.1134/S1063776113120157
  • Устинов, А.В. Анализ дифракции лазерного излучения на аксиконе с числовой апертурой выше предельной / А.В. Устинов, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 2014. - Т. 38, № 2. - С. 213-222.
  • 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
  • Lalanne, P. On the effective medium theory of subwavelength periodic structures / P. Lalanne, D. Lemercier-Lalanne // Journal of Modern Optics. - 1996. - Vol. 43. - P. 2063-2085.
  • Khonina, S.N. Inverse energy flux of focused radially polarized optical beams / S.N. Khonina, A.V. Ustinov, S.A. Degtyarev // Physical Review A. - 2018. - Vol. 98, Issue 4. - 043823. -
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.98.043823
  • Khonina, S.N. Increased reverse energy flux area when focusing a linearly polarized annular beam with binary plates / S.N. Khonina, A.V. Ustinov // Optics Letters. - 2019. - Vol. 44, Issue 8. - P. 2008-2011. -
  • DOI: 10.1364/OL.44.002008
  • Silicon [Electronical Resource]. - URL: http://www.tydexoptics.com/pdf/Si.pdf (request date 11.09.2019).
  • Wet-chemical etching of silicon and SiO2 [Electronical Resource]. - URL: http://www.microchemicals.eu/technical_information/silicon_etching.pdf (request date 11.09.2019).
  • U.S. Patent 5,501,893 C25F 3/12, B44C 1/22, 428/161. Method of Anisotropically Etching Silicon / F. Laermer, A. Schilp, filed of November 27, 1993, published of March 26, 1996.
  • Jansen, H. Black silicon method X: a review on high speed and selective plasma etching of silicon with profile control: an indepth comparison between Bosch and cryostat DRIE processes as a roadmap to next generation equipment / H. Jansen, M. de Boer, S. Unnikrishnan, M. Louwerse, M.C. Elwenspoek // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2009. - Vol. 19. - P. 1-41.
  • Ayon, A.A. Characterization of a time multiplexed inductively coupled plasma etcher / A.A. Ayon // Journal of the Electrochemical Society. - 1999. - Vol. 146, Issue 1. - P. 339-349.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp