УДК: 535.42

Влияние соотношения ширины полос дифракционной кольцевой решетки на распределение энергии в фокальной плоскости

Устинов А.В., Порфирьев А.П., Хонина С.Н.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Устинов А.В., Порфирьев А.П., Хонина С.Н. Влияние соотношения ширины полос дифракционной кольцевой решетки на распределение энергии в фокальной плоскости // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 9. С. 3–12.

Ustinov A.V., Porfiriev A.P., Khonina S.N. Effect of the fill factor of an annular diffraction grating on the energy distribution in the focal plane [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 9. P. 3–12.

Ссылка на англоязычную версию:

A. V. Ustinov, A. P. Porfir’ev, and S. N. Khonina, "Effect of the fill factor of an annular diffraction grating on the energy distribution in the focal plane," Journal of Optical Technology. 84(9), 580-587 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000580

Аннотация:

Рассмотрено влияние соотношения ширины полос бинарной фазовой кольцевой решетки на структуру распределения энергии в фокальной плоскости. Теоретический анализ выполнен в рамках двух подходов. Один из них позволяет получить описание общей структуры распределения во всей фокальной плоскости, но неудобен для решения обратной задачи. Второй подход позволяет объяснить тонкую структуру в области максимумов интенсивности, соответствующих дифракционным порядкам. В частности, этот подход объясняет факт возможного расщепления фокального кольца на два и позволяет вычислить соотношение интенсивностей двух колец. Результаты теоретических расчетов и численного моделирования подтверждены экспериментальными исследованиями. В итоге доказана возможность динамического изменения вида фокального распределения за счет регулирования ширины полос решетки.

Ключевые слова:

круговые дифракционные решетки, фил-фактор решетки, разделение световых колец в фокусе, дифракционные порядки

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, гранта Президента РФ для поддержки молодого кандидата наук (МК-2390.2017.2), а также грантов РФФИ (16-07-00825, 16-29-11698, 16-29-11744, 17-42-630008).

Коды OCIS: 050.1950, 050.1960

Список источников:

1. McLeod J.H. The axicon: A new type of optical element // JOSA. 1954. V. 44. P. 592–597.
2. Fedotowsky A., Lehovec K. Far field diffraction patterns of circular gratings // Appl. Opt. 1974. V. 13. № 11. P. 2638–2642.
3. Jaroszewicz Z., Burvall A., Friberg A.T. Axicon — the most important optical element // Opt. Photonics News. 2005. V. 16. № 4. P. 34–39.
4. Durnin J., Miceli J.J.Jr., and Eberly J.H. Diffraction-free beams // Phys. Rev. Lett. 1987. V. 58. P. 1499–1501.
5. Vasara A., Turunen J., and Friberg A.T. Realization of general nondiffracting beams with computer-generated holograms // JOSA. A. 1989. V. 6. P. 1748–1754.
6. Батусов Ю.А., Сороко Л.М. История зарождения мезооптики // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2009. Т. 40. № 2. С. 457–496.
7. Khonina S.N., Balalaev S.A. The comparative analysis of the intensity distributions formed by diffractive axicon and diffractive logarithmic axicon // Computer Optics. 2009. V. 33. № 2. P. 162–174.
8. Rioux M., Tremblay R., and Belanger P.-A. Linear, annular, and radial focusing with axicons and applications to laser machining // Appl. Opt. 1978. V. 17. P. 1532–1536.
9. Khonina S.N., Skidanov R.V., Almazov A.A., Kotlyar V.V., Soifer V.A., Volkov A.V. DOE for optical micromanipulation // Proc. SPIE. 2004. V. 5447. P. 304–311.
10. Soifer V.A., Kotlyar V.V., Khonina S.N. Optical microparticle manipulation: Advances and new possibilities created by diffractive optics // Phys. Part. Nuclei. 2004. V. 35. № 6. P. 733–766.
11. Shao B., Esener S.C., Nascimento J.M., Botvinick E.L., and Berns M.W. Dynamically adjustable annular laser trapping based on axicons // Appl. Opt. 2006. V. 45. P. 6421–6428.
12. Golovashkin D.L., Kotlyar V.V., Soifer V.A., Doskolovich L.L., Kazanskiy N.L., Pavelyev V.S., Khonina S.N., Skidanov R.V. Computer design of diffractive optics. C.:Woodhead Pub. Ltd., 2012. 896 p.

13. Хонина С.Н., Устинов А.В. Пространственно-спектральный анализ бинарных дифракционных оптических элементов, кодированных на основе комплексно-сопряженного дополнения // Известия Самарского научного центра РАН. 2014. Вып. 16. № 6. С. 10–18.
14. Khonina S.N., Serafimovich P.G., Savelyev D.A., Pustovoi I.A. Diffraction at binary microaxicons in the near field // J. Opt. Tech. 2012. V. 79. № 10. P. 626–631.
15. Khonina S.N., Nesterenko D.V., Morozov A.A., Skidanov R.V., Soifer V.A. Narrowing of a light spot at diffraction of linearly-polarized beam on binary asymmetric axicons // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2012. V. 21. № 1. P. 17–26.
16. Amidror I. Fourier spectrum of radially periodic images // JOSA. A. 1997. V. 14. № 4. P. 816–826.
17. Amidror I. The Fourier-spectrum of circular sine and cosine gratings with arbitrary radial phases // Opt. Commun. 1998. V. 149. P. 127–134.
18. Amidror I. Fourier spectrum of radially periodic images with a non-symmetric radial period // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 1999. V. 1. P. 621–625.