en
Назад
УДК: 535.42
Простые оптические вихри, сформированные спиральной фазовой пластинкой
Полный текст «Оптического журнала»
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Котляр В.В., Ковалев А.А., Скиданов Р.В., Хонина С.Н., Моисеев О.Ю., Сойфер В.А. Простые оптические вихри, сформированные спиральной фазовой пластинкой // Оптический журнал. 2007. Т. 74. № 10. С. 49–58.
Kotlyar V.V., Kovalev A.A., Skidanov R.V., Khonina S.N., Moiseev O.Yu., Soifer V.A. Simple optical vortices formed by a spiral phase plate [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2007. V. 74. № 10. P. 49–58.
V. V. Kotlyar, A. A. Kovalev, R. V. Skidanov, S. N. Khonina, O. Yu. Moiseev, and V. A. Soĭfer, "Simple optical vortices formed by a spiral phase plate," Journal of Optical Technology. 74 (10), 686-693 (2007). https://doi.org/10.1364/JOT.74.000686
Рассмотрена параксиальная дифракция на спиральной фазовой пластинке ограниченного светового поля, фаза которого постоянная (плоская волна), а амплитуда изменяется как степенная функция с целым показателем степени n (положительным или отрицательным). Показано, что в этом случае дифракция Фраунгофера описывается функцией Бесселя первого рода (n + 1)-го или (n - 1)-го порядков. Световые поля, формирующие в дальней зоне картины дифракции, описываемые функциями Бесселя, названы простыми оптическими вихрями. Получены выражения для амплитуды картины дифракции Фраунгофера чистых оптических вихрей и гипергеометрических мод. В экспериментальной части работы описано формирование вихревого пучка с распределением интенсивности в виде двойного кольца произвольного радиуса. При этом дифракционные оптические элементы создавались тремя способами: электронной литографией, фотолитографией и с помощью жидкокристаллического дисплея. Приведены эксперименты по вращению микрочастиц в двойном кольце.
Работа выполнена при поддержке российскоамериканской программы Фундаментальные исследования и высшее образование (BRHE), гранта CRDF REC-Sa-014-02, а также грантов РФФИ 07- 07-97600, 05-08-50298.6
Авторы выражают благодарность группе Яри Турунена (Jari Turunen, Department of Physics, University of Joensuu, Finland) за изготовление дифракционного элемента, описанного в разделе 6.1.
Коды OCIS: 050.0050, 050.1970
Список источников:1. Moh K.J., Yuan X.C., Cheong W.C., Zhang L.S., Lin J., Ahluwalia B.P.S., Wang H. High-power efficient multiple optical vortices in a single beam generated by a kinoform-type spiral phase plate//Appl. Opt. 2006. V. 45. № 6. P. 1153-1161.
2. Sung J.W., Hockel H., Brown J.D., Johnson E.G. Development of a two-dimensional phase-grating mask for fabrication of an analog-resist profile//Appl. Opt. 2006. V. 45. № 1. P. 33-43.
3. Kurzynowski P., Wozniak W.A., Fraczek E. Optical vortices generation using the Wollaston prism//Appl. Opt. 2006. V. 45. № 30. P. 7898-7903.
4. Swartzlander G.A. Achromatic optical vortex lens//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 13. P. 2042-2044.
5. Chattrapiban N., Rogers E.A., Arakelyan I.V., Roy R., Hill W.T. Laser beams with embedded vortices: tools for atom optics//JOSA. B. 2006. V. 23. № 1. P. 94-103.
6. Lin J., Yuan X.C., Tao S.H., Burge R.E. Variable-radius focused optical vortex with suppressed sidelobes//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 11. P. 1600-1602.
7. Lin J., Yuan X., Tao S.H., Burge R.E. Synthesis of multiple collinear helical modes generated by a phase-only element//J. Optical Society of America A. 2006. V. 23. № 5. P. 1214-1218.
8. Bentley J.B., Davis J.A., Albero J., Moreno I. Selfinterferometric technique for visualization of phase patterns encoded onto a liquid-crystal display//Appl. Opt. 2006. V. 45. № 30. P. 7791-7794.
9. Bentley J.B., Davis J.A., Bandres M.A. Gutierrez-Vega J.C. Generation of helical Ince-Gaussian beams with a liquidcrystal display//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 5. P. 649-651.
10. Jesacher A., Fu..rhapter S., Maurer C., Bernet S., Ritsch-Marte M. Reverse orbiting of microparticles in optical vortices//Opt. Lett. 2006 V. 31. № 19. P. 2824-2826.
11. Bekshaev A., Soskin M. Rotational transformations and transverse energy flow in paraxial light beams: linear azimuthons//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 14. P. 2199-2201.
12. Dennis M.R. Rows of optical vortices from elliptically perturbing a high-order beam//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 9. P. 1325-1327.
13. Kotlyar V.V., Khonina S.N., Kovalev A.A., Soifer V.A., Elfstrom H., Turunen J. Diffraction of a plane, finite-radius wave by a spiral phase plate//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 11. P. 1597-1599.
14. Kotlyar V.V., Kovalev A.A., Khonina S.N., Skidanov R.V., Soifer V.A., Elfstrom H., Tossavainen N., Turunen J. Diffraction of conic and Gaussian beams by a spiral phase plate//Appl. Opt. 2006. V. 45. № 12. P. 2656-2665.
15. Kotlyar V.V., Khonina S.N., Almazov A.A., Soifer V.A., Jefimovs K., Turunen J. Elliptic Laguerre-Gaussian beams//J. Optical Society of America A. 2006. V. 23. № 1. P. 43-56.
16. Chakraborty R., Ghosh A. Generation of an elliptic hollow beam using Mathieu and Bessel functions//JOSA. A. 2006. V. 23. № 9. P. 2278-2282.
17. Cai Y., He S. Propagation of hollow Gaussian beams through apertured paraxial optical systems//J. Optical Society of America A. 2006. V. 23. № 6. P. 1410-1418.
18. Mei Z., Zhao D. Controllable elliptical dark-hollow beams//J. Optical Society of America A. 2006. V. 23. № 4. P. 919-925.
19. Zhan Q. Properties of circularly polarized vortex beams//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 7. P. 867-869.
20. Izdebskaya Y., Fadeyeva T., Shvedov V., Volyar A. Vortexbearing array of singular beams with very high orbital angular momentum//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 17. P. 2523-2525.
21. Menon R., Smith H.I. Absorbance-modulation optical lithography//J. Optical Society of America A. 2006. V. 23. № 9. P. 2290-2294.
22. Jesacher A., Fu..rhapter S., Bernet S., Ritsch-Marte M. Spiral interferogram analysis//J. Optical Society of America A. 2006. V. 23. № 6. P. 1400-1409.
23. Palacios D.M., Hunyadi S.L. Low-order aberration sensitivity of an optical vortex coronagraph//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 20. P. 2981-2983.
24. Guo C., Han Y., Xu J., Ding J. Radial Hilbert transform with Laguerre-Gaussian spatial filters//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 10. P. 1394-1396.
25. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. Специальные функции. М.: Наука, 1983.
26. Kotlyar V.V., Almazov A.A., Khonina S.N., Soifer V.A., Elfstrom H., Turunen J. Generation of phase singularity through diffracting a plane or Gaussian beam by a spiral phase plate//Journal of the Optical Society of America A: Optics, Image Science, and Vision 2005. V. 22. № 5. P. 849-861.
27. Miller W. Symmetry and separation of variables. Addison-Wesley Pub. Com., Reading, MA, 1977.
28. Котляр В.В., Хонина С.Н., Алмазов А.А., Сойфер В.А. Оптические чистые вихри и гипергеометрические моды//Компьютерная оптика. 2005. В. 27. C. 21-28.
29. Rozas D., Law C.T., Swartzlander G.A. Propagation dynamics of optical vortices//JOSA. B. 1997. V. 14. № 11. P. 3054.
30. Arlt J., Padgett M.J. Generation of a beam with a dark focus surrounded by regions of higher intensity: the optical bottle beam//Opt. Lett. 2000. V. 25. № 4. P. 191-193.
31. Ahluwalia B.P.S., Cheong W.C., Yuan X.C., Zhang L.S., Tao S.H., Bu J., Wang H. Design and fabrication of a double-axicon for generation of tailorable self-imaged three-dimensional intensity voids//Opt. Lett. 2006. V. 31. № 7. P. 987-989.