Научные статьи \ Прикладные науки. Медицина. Технология \ Инженерное дело. Техника в целом \ Общее машиностроение. Ядерная технология. Электротехника. Технология машиностроения \ Электротехника

Топологический заряд оптических вихрей и их суперпозиций

Топологический заряд оптических вихрей и их суперпозиций

Автор: Котляр Виктор Викторович, Ковалв Алексей Андреевич, Воляр Александр Владимирович

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 2 т.44, 2020 года.

Бесплатный доступ

Показано, что целый топологический заряд оптического вихря сохраняется при искажении оптического вихря любой амплитудной диафрагмой (но без точек с нулевым пропусканием) и при смещении оптического вихря с оси любого несущего осесимметричного пучка. Если в пучке имеется конечное число смещённых с оси оптических вихрей с разными топологическими зарядами одного знака, то суммарный топологический заряд всего пучка будет равен сумме всех топологических зарядов. Топологический заряд осевой суперпозиции, состоящей из конечного числа мод Лагерра-Гаусса с номерами ( n , 0), равен номеру моды с максимальным топологическим зарядом (вместе со знаком). Если максимальные положительный и отрицательный топологические заряды мод в комбинации равны, то «побеждает» тот топологический заряд, у которого весовой коэффициент по модулю больше. Если эти коэффициенты равны, то топологический заряд пучка равен нулю. При осевом сложении двух Гауссовых оптических вихрей с разными топологическими зарядами и разными амплитудами топологический заряд суперпозиции будет равен топологическому заряду Гауссова вихря с большим по модулю весовым амплитудным коэффициентом, независимо от соотношения топологических зарядов каждого пучка.

Еще

Топологический заряд, оптический вихрь, диафрагма, смещение, суперпозиция оптических вихрей

Короткий адрес: https://sciup.org/140247081

IDR: 140247081   |   DOI: 10.18287/2412-6179-CO-685

Topological charge of optical vortices and their superpositions

An optical vortex passed through an arbitrary aperture (with the vortex center found within the aperture) or shifted from the optical axis of an arbitrary axisymmetric carrier beam is shown to conserve the integer topological charge (TC). If the beam contains a finite number of off-axis optical vortices with different TCs of the same sign, the resulting TC of the beam is shown to be equal to the sum of all constituent TCs. For a coaxial superposition of a finite number of the Laguerre-Gaussian modes ( n , 0), the resulting TC equals that of the mode with the highest TC (including sign). If the highest positive and negative TCs of the constituent modes are equal in magnitude, then TC of the superposition is equal to that of the mode with the larger (in absolute value) weight coefficient. If both weight coefficients are the same, the resulting TC equals zero. For a coaxial superposition of two different-amplitude Gaussian vortices, the resulting TC equals that of the constituent vortex with the larger absolute value of the weight coefficient amplitude, irrespective of the relation between the individual TCs.

Еще

Список литературы Топологический заряд оптических вихрей и их суперпозиций

  • 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. - 8185
  • Volyar, A. Vortex avalanche in the perturbed singular beams / A. Volyar, M. Bretsko, Ya. Akimova, Yu. Egorov // Journal of the Optical Society of America A. - 2019. - Vol. 36, Issue 6. - P. 1064-1071
  • Zhang, Y. Orbital angular momentum transformation of optical vortex with aluminium metasurfaces / Y. Zhang, X. Yang, J. Gao // Scientific Reports. - 2019. - Vol. 9. - 9133
  • Zhang, H. Grafted optical vortex with controllable orbital angular momentum distribution / H. Zhang, X. Li, H. Ma, M. Tang, H. Li, J. Tang, Y. Cai // Optics Express. - 2019. - Vol. 27, Issue 16. - P. 22930-22938
  • Воляр, A.B. Формирование и анализ спектров оптических вихрей сингулярных пучков с аномалиями орбитального углового момента / A.B. Воляр, М.В. Брецько, Я.Е. Акимова, Ю.А. Егоров // Компьютерная оптика. - 2019. - Т. 43, № 4. - С. 517-527. - DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-4-517-527
  • 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. Orbital angular momentum of a laser beam behind an off-axis spiral phase plate / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev, E.S. Kozlova // Optics Letters. - 2019. - Vol. 44, Issue 15. - P. 3673-3676. -
  • DOI: 10.1364/OL.44.003673
  • Siegman, A.E. Lasers / A.E. Siegman. - University Science, 1986
  • Durnin, J. Diffraction-free beams / J. Durnin, J.J. Miceli, J.H. Eberly // Physical Review Letters. - 1987. - Vol. 58. - P. 1499-1501
  • Gori, F. Bessel-Gauss beams / F. Gori, G. Guattary, C. Padovani // Optics Communications. - 1987. - Vol. 64, Issue 6. - P. 491-495
  • Kotlyar, V.V. Hypergeometric modes / V.V. Kotlyar, R.V. Skidanov, S.N. Khonina, V.A. Soifer // Optics Letters. - 2007. - Vol. 32, Issue 7. - P. 742-744
  • Bandres, M.A. Circular beams / M.A. Bandres, J.C. Gutierrez-Vega // Optics Letters. - 2008. - Vol. 33. - P. 177-179
  • Kotlyar, V.V. Asymmetric Bessel modes / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, V.A. Soifer // Optics Letters. - 2014. - Vol. 39, Issue 8. - P. 2395-2398. -
  • DOI: 10.1364/OL.39.002395
  • 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
  • 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. - P. 259-268
  • 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. 722-733. -
  • DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-723-734
  • Kotlyar, V.V. Asymmetric Gaussian optical vortex / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Optics Letters. - 2017. - Vol. 42, Issue 1. - P. 139-142. -
  • DOI: 10.1364/OL.42.000139
  • Котляр, В.В. Дробный орбитальный угловой момент Гауссова пучка с внедрённым внеосевым оптическим вихрем / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.П. Порфирьев, Е.Г. Абрамочкин // Компьютерная оптика. - 2017. - Т. 41, № 1. - С. 22-29. -
  • DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-1-22-29
  • Indebetouw, G. Optical vortices and their propagation / G. Indebetouw // Journal of Modern Optics. - 1993. - Vol. 40, Issue 1. - P. 73-87
  • Abramochkin, E. Spiral-type beams / E. Abramochkin, V. Volostnikov // Optics Communications. - 1993. - Vol. 102. - P. 336-350
  • Gradshteyn, I.S. Table of integrals, series, and products / I.S. Gradshteyn, I.M. Ryzhik. - New York: Academic, 1965
  • Gotte, J.B. Quantum formulation of fractional orbital angular momentum / J.B. Gotte, S. Franke-Arnold, R. Zambrini, S.M. Barnett // Journal of Modern Optics. - 2007. - Vol. 54, Issue 12. - P. 1723-1738
  • Gutiérrez-Vega, J.C. Nondiffracting vortex beams with continuous orbital angular momentum order dependence / J.C. Gutiérrez-Vega, C. López-Mariscal // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2008. - Vol. 10. - 015009
  • 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
  • Liang, G. Splitting and rotating of optical vortices due to non-circular symmetry in amplitude and phase distributions of the host beams / G. Liang, W. Cheng // Physics Letters A. - 2020. - Vol. 384. - 126046
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp