Научные статьи
\
Математика. Естественные науки
\
Математика
\
Вычислительная математика. Численный анализ
Вычисление момента импульса электромагнитного поля внутри волновода с абсолютно проводящими стенками
Автор: Харитонов Сергей Иванович, Волотовский Сергей Геннадьевич, Хонина Светлана Николаевна
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 4 т.42, 2018 года.
Бесплатный доступ
В работе получены явные выражения импульса и момента импульса из теоремы Нётер ( ab initio ), содержащие квадраты модулей коэффициентов разложения по модам волновода, взвешенные на присутствующие порядки вихревой сингулярности. Полученные выражения полезны для квантования электромагнитного поля в волноводе.
Момент импульса, теорема нётер, уравнение лагранжа-эйлера, вектор умова-пойнтига, моды цилиндрического металлического волновода
Короткий адрес: https://sciup.org/140238422
IDR: 140238422 | DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-4-588-605
Calculation of the angular momentum of an electromagnetic field inside a waveguide with absolutely conducting walls
In this paper, explicit expressions for the momentum and angular momentum from the Noether's theorem (ab initio) are obtained. These expressions contain squared modules of the coefficients of a guided mode expansion, weighted by the phase singularity orders present. The expressions obtained are useful for quantizing the electromagnetic field in a waveguide.
Список литературы Вычисление момента импульса электромагнитного поля внутри волновода с абсолютно проводящими стенками
- Боголюбов, Н.Н. Введение в теорию квантованных полей/Н.Н. Боголюбов, Д.В. Ширков. -4-е изд. -М.: Наука, 1984. -600 с.
- Griffiths, D.J. Introduction to electrodynamics/D.J. Griffiths. -3rd ed. -Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, Inc., 1999. -600 p. -ISBN: 978-1-108-42041-9.
- Jackson, J.D. Classical electrodynamics/J.D. Jackson. -New York: John Wiley & Sons, 1999. -P. 350. -ISBN: 978-0-471-30932-1.
- Борн, М. Основы оптики/М. Борн, Э. Вольф. -М.: Наука, 1973. -720 с.
- Lekner, J. Invariants of electromagnetic beams/J. Lekner//Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. -2004. -Vol. 6, Issue 5. -P. 204-209. - DOI: 10.1088/1464-4258/6/2/008
- Миллер, У. Симметрия и разделение переменных/У. Миллер. -М.: Мир, 1981. -344 с.
- Котляр, В.В. Операторное описание параксиальных световых полей/В.В. Котляр, С.Н. Хонина, Я. Ванг//Компьютерная оптика. -2001. -№ 21. -С. 45-52.
- Khonina, S.N. An analysis of the angular momentum of a light field in terms of angular harmonics/S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, P. Pääkkönen, J. Simonen, J. Turunen//Journal of Modern Optics. -2001. -Vol. 48, Issue 10. -P. 1543-1557. - DOI: 10.1080/09500340108231783
- Volke-Sepulveda, K. General construction and connections of vector propagation invariant optical fields: TE and TM modes and polarization states/K. Volke-Sepulveda, E. Ley-Koo//Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. -2006. -Vol. 8, Issue 10. -P. 867-877. - DOI: 10.1088/1464-4258/8/10/008
- Казанский, Н.Л. Совместное решение уравнения Клейна-Гордона и системы уравнений Максвелла/Н.Л. Казанский, С.И. Харитонов, С.Н. Хонина//Компьютерная оптика. -2012. -Т. 36, № 4. -С. 518-526.
- Харитонов, С.И. Преобразование конической волны с круговой поляризацией в вихревой цилиндрически поляризованный пучок в металлическом волноводе/С.И. Харитонов, С.Н. Хонина//Компьютерная оптика. -2018. -Т. 42, № 2. -С. 197-211. - DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-2-197-211
- Koshiba, M. Optical waveguide analysis/M. Koshiba. Tokyo: McGraw-Hill, Inc., 1990. -173 p. -ISBN: 978-0-07-035368-8.
- Khonina, S.N. Self-reproduction of multimode laser fields in weakly guiding stepped-index fibers/S.N. Khonina, S.G. Volotovsky//Optical Memory & Neural Networks (Information Optics). -2007. -Vol. 16, Issue 3. -P. 167-177. - DOI: 10.3103/S1060992X07030071
- Хонина, С.Н. Саморепродукция многомодовых пучков Гаусса-Эрмита/С.Н. Хонина, В.В. Котляр, В.А. Сойфер//Письма в ЖТФ. -1999. -Т. 25, № 12. -С. 62-69.
- Loudon, R. Contributions of John Henry Poynting to the understanding of radiation pressure/R. Loudon, C. Baxter//Proceedings of the Royal Society A. -2012. -Vol. 468, Issue 2143. -P. 1825-1838. - DOI: 10.1098/rspa.2011.0573
- Barnett, S.M. Optical angular-momentum flux/S.M. Barnett//Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics. -2002. -Vol. 4, Issue 2. -P. S7-S16. - DOI: 10.1088/1464-4266/4/2/361
- Volke-Sepulveda, K. Orbital angular momentum of high-order Bessel light beams/K. Volke-Sepulveda, V. Garcés-Chávez, S. Chávez-Cerda, J. Arlt, K. Dholakia//Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics. -2002. -Vol. 4, Issue 2. -P. S82-S89. - DOI: 10.1088/1464-4266/4/2/373
- Lekner, J. Invariants of three types of generalized Bessel beams/J. Lekner//Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. -2004. -Vol. 6, Issue 9. -P. 837-843. - DOI: 10.1088/1464-4258/6/9/004
- Litvin, I.A. Poynting vector and orbital angular momentum density of superpositions of Bessel beams/I.A. Litvin, A. Dudley, A. Forbes//Optics Express. -2011. -Vol. 19, Issue 18. -P. 16760-16771. - DOI: 10.1364/OE.19.016760
- He, H. Direct observation of transfer of angular momentum to absorptive particles from a laser beam with a phase singularity/H. He, M.E.J. Friese, N.R. Heckenberg, H. Rubinsztein-Dunlop//Physical Review Letters. -1995. -Vol. 75, Issue 5. -P. 826-829. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.75.826
- He, H. Optical particle trapping with higher-order doughnut beams produced using high efficiency computer generated holograms/H. He, N.R. Heckenberg, H. Rubinsztein-Dunlop//Journal of Modern Optics. -1995. -Vol. 42, Issue 1. -P. 217-223. - DOI: 10.1080/09500349514550171
- Friese, M.E.J. Optical angular-momentum transfer to trapped absorbing particles/M.E.J. Friese, J. Enger, H. Rubinsztein-Dunlop, N.R. Heckenberg//Physical Review A. -1996. -Vol. 54, Issue 2. -P. 1593-1596. - DOI: 10.1103/PhysRevA.54.1593
- 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, Issue 1. -P. 52-54. - DOI: 10.1364/OL.22.000052
- Allen, L. The Poynting vector in Laguerre-Gaussian beams and the interpretation of their angular momentum density/L. Allen, M.J. Padgett//Optics Communications. -2000. -Vol. 184, Issues 1-4. -P. 67-71. - DOI: 10.1016/S0030-4018(00)00960-3
- O’Neil, A.T. Three-dimensional optical confinement of micron-sized metal particles and the decoupling of the spin and orbital angular momentum within an optical spanner/A.T. O’Neil, M.J. Padgett//Optics Communications. -2000. -Vol. 185, Issues 1-3. -P. 139-143. - DOI: 10.1016/S0030-4018(00)00989-5
- Сойфер, В.А. Оптическое манипулирование микрообъектами: достижения и новые возможности, порожденные дифракционной оптикой/В.А. Сойфер, В.В. Котляр, С.Н. Хонина//Физика элементарных частиц и атомного ядра. -2004. -Т. 35, № 6. -С. 1368-1432.
- Skidanov, R.V. Micromanipulation in higher-order Bessel beams/R.V. Skidanov, V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, A.V. Volkov, V.A. Soifer//Optical Memory & Neural Networks (Information Optics). -2007. -Vol. 16, Issue 2. -P. 91-98. - DOI: 10.3103/S1060992X07020051
- Allen, L. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes/L. Allen, M.W. Beijersbergen, R.J.C. Spreeuw, J.P. Woerdman//Physical Review A. -1992. -Vol. 45, Issue 11. -P. 8185-8189. - DOI: 10.1103/PhysRevA.45.8185
- Van Enk, S.J. Spin and orbital angular-momentum of photons/S.J. van Enk, G. Nienhuis//Europhysics Letters. -1994. -Vol. 25, Issue 7. -P. 497-501. - DOI: 10.1209/0295-5075/25/7/004
- Soskin, M.S. Topological charge and angular momentum of light beams carrying optical vortices/M.S. Soskin, V.N. Gorshkov, M.V. Vasnetsov, J.T. Malos, N.R. Heckenberg//Physical Review A. -1997. -Vol. 56, Issue 5. -P. 4064-4075. - DOI: 10.1103/PhysRevA.56.4064
- Khonina, S.N. Measuring the light field orbital angular momentum using DOE/S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, P. Paakkonen, J. Turunen//Optical Memory & Neural Networks (Information Optics). -2001. -Vol. 10, Issue 4. -P. 241-255.
- Котляр, В.В. Измерение орбитального углового момента светового поля с помощью дифракционного оптического элемента/В.В. Котляр, С.Н. Хонина, В.А. Сойфер, Я. Ванг//Автометрия. -2002. -Т. 38, № 3. -С. 33-44.
- Leach, J. Measuring the orbital angular momentum of a single photon/M.J. Padgett, S.M. Barnett, S. Franke-Arnold, J. Courtial//Physical Review Letters. -2002. -Vol. 88, Issue 25. -257901 (4 p). - DOI: 10.1103/PhysRevLett.88.257901
- Khonina, S.N. Generation and selection of laser beams represented by a superposition of two angular harmonics/S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, K. Jefimovs, J. Turunen//Journal of Modern Optics. -2004. -Vol. 51, Issue 5. -P. 761-773. - DOI: 10.1080/09500340408235551
- Leach, J. Direct measurement of the skew angle of the Poynting vector in a helically phased beam/J. Leach, S. Keen, M.J. Padgett, C. Saunter, G.D. Love//Optics Express. -2006. -Vol. 14, Issue 25. -P. 11919-11924. - DOI: 10.1364/OE.14.011919
- Franke-Arnold, S. Advances in optical angular momentum/S. Franke-Arnold, L. Allen, M.J. Padgett//Laser & Photonics Reviews. -2008. -Vol. 2, Issue 4. -P. 299-313. - DOI: 10.1002/lpor.200810007
- Yao, A.M. Optical angular momentum: origins, behavior, and applications/A.M. Yao, M.J. Padgett//Advances in Optics and Photonics. -2011. -Vol. 3, Issue 2. -P. 161-204. - DOI: 10.1364/AOP.3.000161
- Князев, Б.А. Пучки фотонов с ненулевой проекцией орбитального момента импульса: новые результаты/Б.А. Князев, В.Г. Сербо//Успехи физических наук. -2018. -Т. 188, № 5. -С. 508-539.
