Топологический заряд оптических вихрей без радиальной симметрии
Автор: Котляр Виктор Викторович, Ковалв Алексей Андреевич
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 4 т.44, 2020 года.
Бесплатный доступ
Теоретически получены значения топологических зарядов для вихревых лазерных пучков, не обладающих радиальной симметрией: асимметричных пучков Лагерра - Гаусса, Бесселя-Гаусса и Куммера, а также для вихревых пучков Эрмита - Гаусса. Все эти пучки являются суперпозицией обычных мод Лагерра - Гаусса, Бесселя - Гаусса и Эрмита - Гаусса соответственно. Но, несмотря на это, топологический заряд у всех этих мод одинаков и равен топологическому заряду одной моды n. Орбитальные угловые моменты, нормированные на мощность пучка, у всех этих пучков разные и по-разному изменяются при изменении степени асимметрии пучка. Но топологический заряд при любой степени асимметрии этих пучков остаётся постоянным и равным n. При сложении всего двух мод Эрмита - Гаусса с соседними номерами (n , n + 1) и с задержкой по фазе на p / 2 получается модовый пучок, топологический заряд которого равен - (2n + 1). Моделирование подтверждает теоретические предсказания.
Топологический заряд, оптический вихрь, асимметричный пучок
Короткий адрес: https://sciup.org/140250017
IDR: 140250017 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-719
Список литературы Топологический заряд оптических вихрей без радиальной симметрии
- Kotlyar, V.V. Vortex laser beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev. - Boca Raton: CRC Press, 2018. - 404 p. - 978-1-138-54211-2. ISBN: 978-1-138-54211-2
- Li, S. Deterministic generation of orbital-angular-momentum multiplexed tripartite entanglement / S. Li, X. Pan, Y. Ren, H. Liu, S. Yu, J. Jing // Physical Review Letters. - 2020. - Vol. 124, Issue 8. - 083605. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.083605
- Hiekkamaki, M. Near-perfect measuring of full-field transverse-spatial modes of light / M. Hiekkamaki, S. Prabhakar, R. Fickler // Optics Express. - 2019. - Vol. 27, Issue 22. - P. 31456-31464. - DOI: 10.1364/OE.27.031456
- Li, S. Efficient optical angular momentum manipulation for compact multiplexing and demultiplexing using a dielectric metasurface / S. Li, X. Li, L. Zhang, G. Wang, L. Zhang, M. Liu, C. Zeng, L. Wang, Q. Sun, W. Zhao, W. Zhang // Advanced Optical Materials. - 2020. - Vol. 8, Issue 8. - 1901666. - DOI: 10.1002/adom.201901666
- Pryamikov, A. Light transport and vortex-suppoted wave-guiding in micro-structured optical fibers / A. Pryamikov, G. Alagashev, G. Falkovich, S. Turitsyn // Scientific Reports. - 2020. - Vol. 10. - 2507. - DOI: 10.1038/s41598-020-59508-z
- Dai, K. Second-harmonic generation of asymmetric Bessel-Gaussian beams carrying orbital angular momentum / K. Dai, W. Li, K.S. Morgan, Y. Li, J.K. Miller, R.J. Watkins, E.G. Johnson // Optics Express. - 2020. - Vol. 28. - P. 2536-2546. -
- DOI: 10.1364/OE.381679
- Dimitrov, N. Inverted field interferometer for measuring the topological charges of optical vortices carried by short pulses / N. Dimitrov, M. Zhekova, G.G. Paulus, A. Dreischuh // Optics Communications. - 2020. - Vol. 456. - 124530. -
- DOI: 10.1016/j.optcom.2019.124530
- Watkins, R.J. Experimental probing of turbulence using a continuous spectrum of asymmetric OAM beams / R.J. Watkins, K. Dai, G. White, W. Li, J.K. Miller, K.S. Morgan, E.G. Johnson // Optics Express. - 2020. - Vol. 28, Issue 2. - P. 924-935. -
- DOI: 10.1364/OE.380405
- Berry, M.V. Optical vortices evolving from helicoidal integer and fractional phase steps / M.V. Berry // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2004. - Vol. 6, Issue 2. - P. 259-268. -
- DOI: 10.1088/1464-4258/6/2/018
- Allen, L. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes / L. Allen, M. Beijersbergen, R. Spreeuw, J. Woerdman // Physical Review A. - 1992. - Vol. 45, Issue 11. - 8185. -
- DOI: 10.1103/PhysRevA.45.8185
- Kotlyar, V.V. Astigmatic transforms of an optical vortex for measurement of its topological charge / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Pofirev // Applied Optics. - 2017. - Vol. 56, Issue 14. - P. 4095-4104. -
- DOI: 10.1364/AO.56.004095
- Hickmann, J.M. Unveiling a truncated optical lattice associated with a triangular aperture using lights orbital angular momentum / J.M. Hickmann, E.J.S. Fonseca, W.C. Soares, S. Chavez-Cerda // Physical Review Letters. - 2010. - Vol. 105. - 053904. -
- DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.053904
- Alperin, S.N. Quantitative measurement of the orbital angular momentum of light with a single, stationary lens / S.N. Alperin, R.D. Niederriter, J.T. Gopinath, M.E. Siemens // Optics Letters. - 2016. - Vol. 41, Issue 21. - P. 5019-5022. -
- DOI: 10.1364/OL.41.005019
- Kotlyar, V.V. Calculation of fractional orbital angular momentum of superpositions of optical vortices by intensity moments / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Optics Express. - 2019. - Vol. 27, Issue 8. - P. 11236-11251. -
- DOI: 10.1364/OE.27.011236
- Kotlyar, V.V. Light field decomposition in angular harmonics by means of diffractive optics / V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, V.A. Soifer // Journal of Modern Optics. - 1998. - Vol. 45, Issue 7. - P. 1495-1506. -
- DOI: 10.1080/09500349808230644
- Воляр, А.В. По ту сторону интенсивности или моменты интенсивности и измерение спектра оптических вихрей сложных пучков / А.В. Воляр, М.В. Брецько, Я.Е. Акимова, Ю.А. Егоров // Компьютерная оптика. - 2018. - Т. 42, № 5. - С. 736-743. -
- DOI: 10.18287/2412-6179-2017-42-5-736-743
- Воляр, А.В. Секторное возмущение вихревого пучка: энтропия Шеннона, орбитальный угловой момент и топологический заряд / А.В. Воляр, М.В. Брецько, Я.Е. Акимова, Ю.А. Егоров, В.В. Милюков // Компьютерная оптика. - 2019. - Т. 43, № 5. - С. 723-733. -
- DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-723-734
- Siegman, A.E. Lasers / A.E. Siegman. - Sausalito, CA: University Science Books, 1986.
- Gori, F. Bessel-Gauss beams / F. Gori, G. Guattary, C. Padovani // Optics Communications. - 1987. - Vol. 64, Issue 6. - P. 491-495. -
- DOI: 10.1016/0030-4018(87)90276-8
- Soskin, M.S. Topological charge and angular momentum of light beams carring optical vortex / M.S. Soskin, V.N. Gorshkov, M.V. Vastnetsov, J.T. Malos, N.R. Heckenberg // Physical Review A. - 1997. - Vol. 56, Issue 5. - P. 4064-4075. -
- DOI: 10.1103/PhysRevA.56.4064
- Kovalev, A.A. Asymmetric Laguerre-Gaussian beams / A.A. Kovalev, V.V. Kotlyar, A.P. Porfirev // Physical Review A. - 2016. - Vol. 93, Issue 6. - 063858. -
- DOI: 10.1103/PhysRevA.93.063858
- Kotlyar, V.V. Asymmetric Bessel-Gauss beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, R.V. Skidanov, V.A. Soifer // Journal of the Optical Society of America A. - 2014. - Vol. 31, Issue 9. - P. 1977-1983. -
- DOI: 10.1364/JOSAA.31.001977
- Kotlyar, V.V. Kummer laser beams with a transverse complex shift / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, E.G. Abramochkin // Journal of Optics. - 2020. - Vol. 22, Issue 1. - 015606. -
- DOI: 10.1088/2040-8986/ab5ef1
- Kotlyar, V.V. Hermite-Gaussian modal laser beams with orbital angular momentum / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev // Journal of the Optical Society of America A. - 2014. - Vol. 31, Issue 2. - P. 274-282. -
- DOI: 10.1364/JOSAA.31.000274
- 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
- Kotlyar, V.V. Topological charge of a linear combination of optical vortices: topological competition / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.V. Volyar // Optics Express. - 2020. - Vol. 28, Issue 6. - P. 8266-8281. -
- DOI: 10.1364/OE.386401
- Волостников, В.Г. Современная оптика гауссовых пучков / В.Г. Волостников, Е.Г. Абрамочкин. - М.: Физматлит, 2010. - 978-5-9221-1216-1.
- ISBN: 9785922112161
- Gradshteyn, I.S. Table of integrals, series, and products / I.S. Gradshteyn, I.M. Ryzhik. - New York: Academic, 1965.
Статья научная
