Распределение плотности орбитального углового момента в остром фокусе векторных световых полей
Автор: В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.Г. Налимов, А.М. Телегин
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 3 т.50, 2026 года.
Бесплатный доступ
В этой работе мы получили явные аналитические выражения для плотности продольной проекции вектора орбитального углового момента в плоскости острого фокуса четырех световых полей с однородной и неоднородной поляризациями: оптического вихря с эллиптической поляризацией, суперпозиции цилиндрического векторного пучка и пучка с линейной поляризацией, оптического вихря с цилиндрической поляризацией и пучка с неоднородной эллиптической поляризацией. Все плотности орбитального углового момента для этих четырех полей зависят от состояния поляризации начального светового поля. Для двух световых полей с гибридной поляризацией плотность орбитального углового момента в фокусе меняет знак при изменении как азимутальной, так и радиальной координаты. Известно, что в случае параксиальных оптических вихрей с эллиптической поляризацией плотность орбитального углового момента не зависит от состояния поляризации, а полностью определяется топологическим зарядом оптического вихря. Поэтому в параксиальном случае азимутальный орбитальный поток энергии вращается всегда в одну сторону, определяемую знаком топологического заряда оптического вихря. Однако в случае непараксиальных световых полей, как показано в этой работе, плотность орбитального углового момента в фокусе зависит от состояния поляризации и на разных расстояниях от оптической оси поток энергии может вращаться в разные стороны.
Орбитальный угловой момент, топологический заряд, оптический вихрь, поток энергии
Короткий адрес: https://sciup.org/140315722
IDR: 140315722 | DOI: 10.18287/COJ1719
Orbital angular momentum density distribution at the sharp focus of vector light fields
In this work, we obtained explicit analytical expressions for the density of the longitudinal projection of the orbital angular momentum vector. These expressions were analyzed in the plane of a sharp focus of four light fields with uniform and non-uniform polarizations: an optical vortex with elliptical polarization, a superposition of a cylindrical vector beam and a beam with linear polarization, an optical vortex with cylindrical polarization, and a beam with non-uniform elliptical polarization. All orbital angular momentum densities for these four fields were found to depend on the polarization state of the initial light field. For two light fields with hybrid polarization, the orbital angular momentum density at the focus was revealed to change sign with a change in both the azimuthal and radial coordinates. It is known that in the case of paraxial optical vortices with elliptical polarization, the orbital angular momentum density does not depend on the polarization state, and is completely determined by the topological charge of the optical vortex. Therefore, in the paraxial case, the azimuthal orbital energy flux always swirls in one direction determined by the sign of the optical vortex topological charge. However, for non-paraxial light fields, the orbital angular momentum density at the focus was shown in this work to depend on the polarization state, so that the energy flow can swirl in different directions at different distances from the optical axis.
