Смещённые эллиптические гауссовы пучки с внутренним орбитальным угловым моментом
Автор: Ковалв Алексей Андреевич, Котляр Виктор Викторович, Калинкина Дарья Сергеевна, Налимов Антон Геннадьевич
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 6 т.45, 2021 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрены параксиальные световые пучки, составленные из Гауссовых пучков, смещённых с оптической оси, фаза которых подобрана специальным образом, чтобы суперпозиция была инвариантной к распространению в пространстве, то есть без изменения формы поперечного сечения. Путём решения системы пяти нелинейных уравнений составлена суперпозиция в виде инвариантного внеосевого эллиптического Гауссова пучка. Получено выражение для орбитального углового момента такого пучка. Показано, что он складывается из двух составляющих. Первая из них равна моменту относительно центра пучка и возрастает с его эллиптичностью. Вторая квадратично зависит от расстояния от центра масс до оптической оси (аналог теоремы Штейнера). Показано, что ориентация эллипса в поперечной плоскости не влияет на нормированный орбитальный угловой момент.
Световой пучок с неоднородной эллиптической поляризацией, топологический заряд, внутренний орбитальный угловой момент
Короткий адрес: https://sciup.org/140290278
IDR: 140290278 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-916
Список литературы Смещённые эллиптические гауссовы пучки с внутренним орбитальным угловым моментом
- 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.
- Gutiérrez-Vega, J. Alternative formulation for invariant optical fields: Mathieu beams / J. Gutiérrez-Vega, M. Iturbe-Castillo, S. Chávez-Cerda // Optics Letters. -2000. - Vol. 25. - P. 1493-1495.
- Bandres, M. Parabolic nondiffracting optical wave fields / M. Bandres, J. Gutiérrez-Vega, S. Chávez-Cerda // Optics Letters. - 2004. - Vol. 29. - P. 44-46.
- Siegman, A.E. Lasers / A.E. Siegman. - University Science, 1986.
- Indebetouw, G. Optical vortices and their propagation / G. Indebetouw // Journal of Modern Optics. - 1993. -Vol. 40, Issue 1. - P. 73-87.
- Abramochkin, E.G. Generalized Gaussian beams / E.G. Abramochkin, V.G. Volostnikov // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2004. - Vol. 6, Issue 5. -P. S157-S161.
- Kotlyar, V.V. Vortex Hermite-Gaussian laser beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Optics Letters. - 2015. - Vol. 40, Issue 5. - P. 701-704. - DOI: 10.1364/OL.40.000701.
- Абрамочкин, Е.Г. Современная оптика гауссовых пучков / Е.Г. Абрамочкин, В.Г. Волостников. - М.: Физма-тлит, 2010. - ISBN: 978-5-9221-1216-1.
- Liu, X. Investigation on the scintillation reduction of elliptical vortex beams propagating in atmospheric turbulence / X. Liu, J. Pu // Optics Express. - 2011. - Vol. 19, Issue 27. - P. 26444-26450.
- Andrews, L.C. Laser beam propagation through random media / L.C. Andrews, R.L. Phillips. - Bellingham, Washington: SPIE Press, 1998.
- Zhang, X. Free-space information transfer using the elliptic vortex beam with fractional topological charge / X. Zhang, T. Xia, S. Cheng, S. Tao // Optics Communication. - 2019. - Vol. 431. - P. 238-244.
- Wu, K. Propagation of partially coherent four-petal elliptic Gaussian vortex beams in atmospheric turbulence / K. Wu, Y. Huai, T. Zhao, Y. Jin // Optics Express. - 2018. -Vol. 26, Issue 23. - P. 30061-30075.
- Скиданов, Р.В. Суперпозиция вихревых световых пучков для захвата и перемещения биологических микрообъектов / Р.В. Скиданов, М.А. Рыков // Компьютерная оптика. - 2013. - Т. 37, Issue 4. - P. 431-435. - DOI: 10.18287/0134-2452-2013-37-4-431-435.
- Белоусов, Д.А. Метод обработки микроизображений для анализа структур ТЛИППС / Д.А. Белоусов, А.В. Достовалов, В.П. Корольков, С.Л. Микерин // Компьютерная оптика. - 2019. - Т. 43, № 6. - С. 936-945. -DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-936-945.
- Dostovalov, A.V. Influence of femtosecond laser pulse repetition rate on thermochemical laser-induced periodic surface structures formation by focused astigmatic Gaussian beam / A.V. Dostovalov, K.A. Okotrub, K.A. Bronnikov, V.S. Terentyev, V.P. Korolkov, S.A. Babin // Laser Physics Letters. - 2019. - Vol. 16, Issue 2. - 026003.
- Dostovalov, A.V. LIPSS on thin metallic films: New insights from multiplicity of laser-excited electromagnetic modes and efficiency of metal oxidation / A.V. Dostovalov, T.J.Y. Derrien, S.A. Lizunov, F. Preucil, K.A. Okotrub, T. Mocek, V.P. Korolkov, S.A. Babin, N.M. Bulgakova // Applied Surface Science. - 2019. - Vol. 491. - P. 650-658.
- Goodman, J.W. Introduction to Fourier optics / J.W. Goodman. - 2nd ed. - New York: McGraw-Hill, 1996. - 491 p.
- Cai, Y. Decentered elliptical Gaussian beam / Y. Cai, Q. Lin // Applied Optics. - 2002. - Vol. 41. - P. 4336-4340.
- 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.
- Kotlyar, V.V. Astigmatic laser beams with a large orbital angular momentum / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Optics Express. - 2018. - Vol. 26, Issue 1. -P. 141-156. - DOI: 10.1364ЮЕ.26.000141.
- Berry, M.V. Orbital and spin angular momentum in conical diffraction / M.V. Berry, M.R. Jeffrey, M. Mansuripur // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2005. -Vol. 7. - P. 685-690.
- Bullen, P.S. Handbook of means and their inequalities / P.S. Bullen. - Chap. III. - Dordrecht, Netherlands: Kluwer, 2003. - P. 175-265.
- Backlund, M.P. The double-helix point spread function enables precise and accurate measurement of 3D single-molecule localization and orientation / M.P. Backlund, M.D. Lew, A.S. Backer, S.J. Sahl, G. Grover, A. Agrawal, R. Piestun, W.E. Moerner // Proceedings of SPIE. - 2013. -Vol. 8590. - 85900.
- Zannotti, A. Shaping caustics into propagation-invariant light / A. Zannotti, C. Denz, M.A. Alonso, M.R. Dennis // Nature Communications. - 2020. - Vol. 11. - 3597.
- Izdebskaya, Y. Symmetric array of off-axis singular beams: spiral beams and their critical points / Y. Izdebskaya, V. Shvedov, A. Volyar // Journal of the Optical Society of America A. - 2008.-Vol. 25, Issue 1. - P. 171-181.
