Формирование оптических игл кольцевыми решетками переменной высоты с квантованной подложкой

Ссылка для цитирования:

Савельев Д.А. Формирование оптических игл кольцевыми решетками переменной высоты с квантованной подложкой // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 5. С. 12–25. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-12-25

Savelyev D.A. The optical needles formation by ring gratings of variable height with quantized substrate [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 5. P. 12–25. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-12-25

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Анализ влияния изменения высоты рельефа субволновых кольцевых решеток с обычной и квантованной подложками на формирование оптических игл в ближней зоне дифракции. Цель работы. Формирование оптических игл кольцевыми решетками переменной высоты с квантованной подложкой. Метод. Для численного моделирования использован метод конечных разностей во временно"й области. Основные результаты. Исследованы особенности формирования оптических игл кольцевыми решетками переменной высоты с квантованной подложкой в ближней зоне дифракции. В качестве входного излучения использовались гауссовы пучки и моды Лагерра–Гаусса (0,1) с различными видами поляризации (круговой, радиальной и азимутальной). Численное моделирование показало, что кольцевая решетка, представляющая собой комбинацию двух аксиконов и дополненная обратной квантованной подложкой, способна сформировать световую иглу протяженностью свыше 11 длин волн при круговой поляризации гауссова пучка. Наименьший размер фокального пятна получен в случае гауссова пучка с радиальной поляризацией при использовании прямой квантованной подложки. Практическая значимость. Основные результаты работы могут найти применение при обработке материалов, микроманипуляции наночастицами и в нанолитографии.

Ключевые слова:

гауссовы пучки, оптические вихри, оптические иглы, субволновые кольцевые решетки, квантованная подложка

Благодарность:

исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-22-00044

Коды OCIS: 050.1970, 050.6624

Список источников:

1. Zhang T., Li M., Ye H., et al. Ultra-long and high uniform optical needle generated with genetic algorithm based multifocal positions optimization // Opt. Commun. 2020. V. 460. P. 125178. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2019.125178
2. Qi J., Mu Y., Wang S., et al. Birefringent transmissive metalens with an ultradeep depth of focus and high resolution // Photonics Res. 2021. V. 9. № 3. P. 308–316. https://doi.org/10.1364/PRJ.414181
3. Gu M., Li X., Cao Y. Optical storage arrays: A perspective for future big data storage // Light Sci. Appl. 2014. V. 3. № 5. P. e177. https://doi.org/10.1038/lsa.2014.58
4. Shi C., Song Y., Dong B., et al. Generation of longitudinally polarized multi-segment optical needles by tightly focusing RPBG beam // Optoelectron. Lett. 2023. V. 19. № 7. P. 399–404. https://doi.org/10.1007/s11801-023-2184-0
5. Zhao P.C., Gao X.Z., Zhao J.H., et al. Achieving ultralong optical needles with a duplex vector optical field and parabolic hybrid mask // JOSA A. 2021. V. 38. № 12. P. 1823–1829. https://doi.org/10.1364/JOSAA.442491
6. Yang J., Gong L., Shen Y., et al. Synthetic Bessel light needle for extended depth-of-field microscopy // Appl.Phys. Lett. 2018. V. 113. № 18. P. 181104. https://doi.org/10.1063/1.5058163
7. Kozawa Y., Nakamura T., Uesugi Y., et al. Wavefront engineered light needle microscopy for axially resolved rapid volumetric imaging // Biomed. Opt. Exp. 2022. V. 13. № 3. P. 1702–1717. https://doi.org/10.1364/BOE.449329
8. Liu T., Liu Q., Yang S.M., et al. Shaping a far-field optical needle by a regular nanostructured metasurface // Opt. Commun. 2017. V. 393. P. 72–76. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2017.02.031
9. Liu T., Tan J., Liu J., et al. Modulation of a superGaussian optical needle with high-NA Fresnel zone plate // Opt. Lett. 2013. V. 38. № 15. P. 2742–2745. https://doi.org/10.1364/OL.38.002742
10. Савельев Д.А. Исследование особенностей фокусировки вихревых супергауссовых пучков при изменении высоты дифракционного аксикона // Компьютерная оптика. 2021. Т. 45. № 2. C. 214–221. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-862
Savelyev D.A. The investigation of the features of focusing vortex super-Gaussian beams with a variableheight diffractive axicon [in Russian] // Computer Optics. 2021. V. 45. № 2. P. 214–221. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-862
11. Savelyev D.A., Karpeev S.V. Development of 3D microstructures for the formation of a set of optical traps on the optical axis // Photonics. 2023. V. 10. № 2. P. 117. https://doi.org/10.3390/photonics10020117
12. Shi C., Xu Z., Nie Z., et al. Sub-wavelength longitudinally polarized optical needle arrays generated with tightly focused radially polarized Gaussian beam // Opt. Commun. 2022. V. 505. P. 127506. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2021.127506
13. Ren L., Zhong Z., Zhang B. Transversely polarized ultra-long optical needles generated by cylindrical polarized circular airy Gaussian vortex beams // Opt. Commun. 2021. V. 483. P. 126618. https://doi.org/10.1016/ j.optcom.2020.126618
14. Savelyev D.A. The features of the optical traps formation using silicon ring gratings with variable height // Photonics. 2023. V. 10. № 11. P. 1264. https://doi.org/10.3390/photonics10111264
15. Порфирьев А.П., Кучмижак А.А., Гурбатов С.О. и др. Фазовые сингулярности и оптические вихри в фотонике // УФН. 2022. Т. 192. № 8. С. 841–866. https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.07.039028
Porfirev A.P., Kuchmizhak A.A., Gurbatov S.O., et al. Phase singularities and optical vortices in photonics // Phys. Usp. 2022. V. 192. № 8. P. 841–866. https://doi.org/10.3367/UFNe.2021.07.039028
16. Lippman D.H., Kochan N.S., Yang T., et al. Freeform gradient-index media: A new frontier in freeform optics // Opt. Exp. 2021. V. 29. № 22. P. 36997–37012. https://doi.org/10.1364/OE.443427
17. Richardson K.A., Kang M., Sisken L., et al. Advances in infrared gradient refractive index (GRIN) materials: A review // Opt. Eng. 2020. V. 59. № 11. P. 112602–112602. https://doi.org/10.1117/1.OE.59.11.112602
18. Guo C., Urner T., Jia S. 3D light-field endoscopic imaging using a GRIN lens array // Appl. Phys. Lett. 2020. V. 116. № 10. P. 101105. https://doi.org/10.1063/1.5143113
19. Savelyev D., Kazanskiy N. Near-field vortex beams diffraction on surface micro-defects and diffractive axicons for polarization state recognition // Sensors. 2021. V. 21. № 6. P. 1973. https://doi.org/10.3390/s21061973
20. Soifer V.A. Computer design of diffractive optics. Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials 50, 2013. 896 p.