Сравнение величин обратного потока энергии в остром фокусе светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностями
Автор: Котляр Виктор Викторович, Налимов Антон Геннадьевич, Стафеев Сергей Сергеевич
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 2 т.43, 2019 года.
Бесплатный доступ
С помощью матриц и векторов Джонса показано, что оптический элемент с метаповерхностью, анизотропное пропускание которого описывается матрицей поворота поляризации на угол m φ, φ - полярный угол, при освещении светом с линейной поляризацией формирует азимутальную или радиальную поляризацию порядка m . При освещении светом с круговой поляризацией такой элемент формирует оптический вихрь с топологическим зарядом m . Этот поляризационно-фазовый конвертор (ПФК) выполняет спин-орбитальное преобразование, аналогичное тому, которое выполняют жидкокристаллические q -пластинки. Численно FDTD-методом показано, что при освещении ПФК с m = 2 светом с линейной или круговой поляризацией и последующей острой фокусировкой с помощью бинарной зонной пластинки вблизи фокуса на оптической оси формируется обратный поток световой энергии, сравнимый по величине с прямым потоком. Причем обратный поток при фокусировке оптического вихря с топологическим зарядом 2 и с круговой поляризацией равен обратному потоку при фокусировке света с поляризационной сингулярностью 2-го порядка.
Оптический вихрь, поляризация, обратный поток, металинза
Короткий адрес: https://sciup.org/140243277
IDR: 140243277 | DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-2-174-183
Список литературы Сравнение величин обратного потока энергии в остром фокусе светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностями
- Nye, J.F. Dislocations in wave trains/F. Nye, M.V. Berry//Proceedings of the Royal Society of London: Series A. 1974. -Vol. 336. -P. 165-190.
- Soskin, M.S. Singular optics/M.S. Soskin, M.V. Vasnetsov. -In: Progress in optics/E. Wolf, ed. -Chap. 4. -Elsevier, 2001. -P. 219-276.
- Swartzlander, G.A., Jr. The optical vortex coronagraph/G.A. Swartzlander, Jr.//Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. -2009. -Vol. 11. -094022.
- Swartzlander, G.A. Optical vortex trapping of particles/K.T. Gahagan, G.A. Swartzlander//Optics Letters. -1996. -Vol. 21. -P. 827-829.
- Gecevičius, M. Single beam optical vortex tweezers with tunable orbital angular momentum/M. Gecevičius, R. Drevinskas, M. Beresna, P.G. Kazansky//Applied Physics Letters. -2014. -Vol. 104. -231110.
- 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. -P. 52-54.
- Volke-Sepulveda, K. Orbital angular momentum of a high-order Bessel light beam/K. Volke-Sepulveda, V. Garcés-Chávez, S. Chávez-Cerda, J. Arlt, K. Dholakia//Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics. -2002. -Vol. 4. -P. S82-S89.
- Thidé, B. Utilization of photon orbital angular momentum in the low-frequency radio domain/B. Thidé, H. Then, J. Sjöholm, K. Palmer, J. Bergman, T.D. Carozzi, Y.N. Istomin, N.H. Ibragimov, R. Khamitova//Physical Review Letters. -2007. -Vol. 99. -087701.
- Bandyopadhyay, A. Wigner distribution of elliptical quantum optical vortex/A. Bandyopadhyay, R.P. Singh//Optics Communications. -2011. -Vol. 284. -P. 256-261.
- Bandyopadhyay, A. Entanglement of a quantum optical elliptic vortex/A. Bandyopadhyay, S. Prabhakar, R.P. Singh//Physics Letters A. -2011. -Vol. 375. -P. 1926-1929.
- McMorran, B.J. Electron vortex beams with high quanta of orbital angular momentum/B.J. McMorran, A. Agrawal, I.M. Anderson, A.A. Herzing, H.J. Lezec, J.J. McClelland, J. Unguris//Science. -2011. -Vol. 331. -P. 192-195.
- Стафеев, С.С. Поведение продольной компоненты вектора Пойнтинга при острой фокусировке оптических вихрей с круговой поляризацией/С.С. Стафеев, А.Г. Налимов//Компьютерная оптика. -2018. -Т. 42, Вып. 2. -С. 190-196. -
- DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-2-190-196
- Sukhov, S. On the concept of "tractor beams"/S. Sukhov, A. Dogariu//Optics Letters. -2010. -Vol. 35. -P. 3847-3849.
- Котляр, В.В. Формирование и фокусировка векторного оптического вихря с помощью металинзы/В.В. Котляр, А.Г. Налимов//Компьютерная оптика. -2017. -Т. 41, № 5. -С. 645-654. -
- DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-645-654
- Mitri, F.G. Reverse propagation and negative angular momentum density flux of an optical nondiffracting nonparaxial fractional Bessel vortex beam of progressive waves/F.G. Mitri//Journal of the Optical Society of America A. -2016. -Vol. 33. -P. 1661-1667.
- Salem, M.A. Energy flow characteristics of vector X-wave/M.A. Salem, H. Bagci//Optics Express. -2011. -Vol. 19. -P. 8526-8532.
- Vaveliuk, P. Negative propagation effect in nonparaxial Airy beams/P. Vaveliuk, O. Martinez-Matos//Optics Express. -2012. -Vol. 20. -P. 26913-26921.
- Berry, M.V. Quantum backflow, negative kinetic energy, and optical retro-propagation/M.V. Berry//Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. -2010. -Vol. 43. -415302.
- Irvine, W.N.M. Linked and knotted beams of light/W.N.M. Irvine, D. Boumeester//Nature Physics. -2008. -Vol. 4. -P. 716-720.
- Sugic, D. Singular knot bundle in light/D. Sugic, M.R. Dennis//Journal of the Optical Society of America A. -2018. -Vol. 35, Issue 12. -P. 1987-1999.
- Yu, N. Light propagation with phase discontinuities: generalized lows of reflection and refraction/N. Yu, P. Genevet, M.A. Kats, F. Avieta, J.P. Terienne, F. Capasso, Z. Gaburro//Science. -2011. -Vol. 334, Issue 6054. -P. 333-337.
- Arbabi, A. Dielectric metasurfaces for complete control of phase and polarization with subwavelength spatial resolution and high transmission/A. Arbabi, Y. Horie, M. Bagheri, A. Faraon//Nature Nanotechnology. -2015. -Vol. 10, Issue 11. -P. 937-943.
- Kotlyar, V.V. Thing high numerical aperture metalens/V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev, G. Hu, L. O’Faolain, M.V. Koltyar, D. Gibson, S. Song//Optics Express. -2017. -Vol. 25, Issue 7. -P. 8158-8167. -
- DOI: 10.1364/OE.25.008158
- Tian, S. Dielectric longitudinal bifocal metalens with adjustable intensity and high focusing efficiency/S. Tian, H. Guo, J. Hu, S. Zhuang//Optics Express. -2019. -Vol. 27, Issue 2. -P. 680-688.
- Park, C.S. Structural color filter based on an all-dielectric metasurface exploiring silicon-rich silicon nitride nanodisks/C.S. Park, I. Koirala, S. Gao, V.R. Shrestha, S.S. Lee, D.Y. Choi//Optics Express. -2019. -Vol. 27, Issue 2. -P. 667-678.
- Kotlyar, V.V. Design of diffractive optical elements modulating polarization/V.V. Kotlyar, O.K. Zalyalov//Optik. -1996. -Vol. 103, Issue 3. -P. 125-130.
- 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, Issue 13. -P. 1141-1143.
- Niv, A. Propgation-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, Issue 3. -P. 238-240.
- Marrucci, L. Optical spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media/L. Marrucci, C. Manzo, D. Paparo//Physical Review Letters. -2006. -Vol. 96. -163905.
- Kotlyar, V.V. The phase rotor filter/V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, G.V. Uspleniev, M.V. Shinkarev, V.A. Soifer//Journal of Modern Optics. -1992. -Vol. 39, Issue 5. -P. 1147-1154. -
- DOI: 10.1080/09500349214551151
- Kotlyar, V.V. Sharp focusing of vector optical vortices using a metalens/V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov//Journal of Optics. -2018. -Vol. 20, Issue 7. -075101. -
- DOI: 10.1088/2040-8986/aac4b3
- Kotlyar, V.V. Energy density and energy flux in the focus of an optical vortex: reverse flux of light energy/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.G. Nalimov//Optics Letters. -2018. -Vol. 43, Issue 12. -P. 2921-2924. -
- DOI: 10.1364/OL.43.002921
- Стафеев, С.С. Обратный поток энергии при острой фокусировке азимутально поляризованных пучков высших порядков Обратный поток энергии в фокусе цилиндрического векторного пучка/С.С. Стафеев, А.Г. Налимов, В.В. Котляр//Компьютерная оптика. -2018. -Т. 42, № 5. -С. 744-750. -
- DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-744-750
Статья научная
