ФОРМИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВЕКТОРНЫХ ПУЧКОВ ВЫСОКИХ ПОРЯДКОВ НА ОСНОВЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ В ОДНООСНЫХ КРИСТАЛЛАХ
(Стр. 19-27)

Подробнее об авторах
Хонина Светлана Николаевна доктор физ.-мат. наук, профессор
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской Аакадемии Наук, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет) Карпеев Сергей Владимирович доктор физико-математических наук, профессор Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва; ведущий научный сотрудник Института систем обработки изображений РАН
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений РАН Алфёров Сергей Владимирович кандидат физико-математических наук, инженер лаборатории НИЛ-97
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва Сойфер Виктор Александрович доктор техн. наук, профессор, член-корреспондент РАН.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской Аакадемии Наук, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)
Чтобы читать текст статьи, пожалуйста, зарегистрируйтесь или войдите в систему
Аннотация:
Проведено теоретическое и экспериментальное исследование формирования цилиндрических векторных пучков в двулучепреломляющих кристаллах в параксиальном и непараксиальном случаях. При острой фокусировке (в непараксиальном случае) вдоль оси кристалла формируются два фокуса, соответствующих обыкновенному и необыкновенному пучкам. При наличии вихревой фазы первого порядка у падающего на кристалл пучка с круговой поляризацией в одном из фокусов формируется радиально-поляризованное распределение, а в другом - азимутально-поляризованное. Данные результаты обобщены на случай формирования радиально и азимутально поляризованных лазерных пучков высших порядков. Натурные эксперименты проведены с кристаллом исландского шпата.
Образец цитирования:
Хонина С.Н., Карпеев С.В., Алфёров С.В., Сойфер В.А., (2014), ФОРМИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВЕКТОРНЫХ ПУЧКОВ ВЫСОКИХ ПОРЯДКОВ НА ОСНОВЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ В ОДНООСНЫХ КРИСТАЛЛАХ. Computational nanotechnology, 2: 19-27.
Список литературы:
Sato S. and Kozawa Y. Radially polarized annular beam generated through a second-harmonic-generation process // Opt Lett.- 2009. - Vol. 34(20). - P. 3166-3168
Ishaaya A.A., Vuong L.T., Grow T.D., and Gaeta A. L., Self-focusing dynamics of polarization vortices in Kerr media // Opt. Lett. -2008. - Vol. 33. - P.13-15
Chen W. and Zhan Q. Realization of an evanescent Bessel beam via surface plasmon interference excited by a radially polarized beam // Opt. Lett. - 2009. - Vol. 34. - P. 722-724.
Cicchitelli L., Hora H., and Postle R. Longitudinal components for laser beams in vacuum // Phys. Rev. A - 1990. - V. 41. - P. 3727-3732.
Salamin Y.I. Electron acceleration from rest in vacuum by an axicon Gaussian laser beam // Phys. Rev. A. - 2006. - V. 73. - P. 043402.
Karmakar A., Pukhov A. Collimated attosecond GeV electron bunches from ionization of high-Z material by radially polarized ultra-relativistic laser pulses // Laser Part. Beams - 2007. - V. 25 (3). - P 371-377.
Бочкарев С.Г., Попов К.И., Быченков В.Ю. Вакуумное ускорение электронов релятивистски-сильным остросфокусированным лазерным импульсом радиальной поляризации // Физика плазмы. - 2011. - Т. 37, № 7. - С. 648-660
Gabriel C., Aiello A., Zhong W., Euser T.G., Joly N.Y., Banzer P., Förtsch M., Elser D., Andersen U.L., Marquardt Ch., Russell P. St. J., and Leuchs G. Entangling different degrees of freedom by quadrature squeezing cylindrically polarized modes // Phys. Rev. Lett. - 2011. - Vol. 106. - P. 060502.
Barreiro J.T., Wei T.C., and Kwiat P.G. Remote preparation of single-photon "hybrid" entangled and vector-polarization states // Phys. Rev. Lett. - 2010. - Vol. 105. - P. 030407.
Zhao Y.Q., Edgar J.S., Jeffries G.D.M., McGloin D., and Chiu D.T. Transient optical spin-to-orbital angular momentum conversion in a strongly focused beam // Phys. Rev. Lett. - 2007. - Vol. 99. - P. 073901.
Wang X.L., Chen J., Li Y.N., Ding J.P., Guo C.S., and Wang H.T. Optical orbital angular momentum from the curl of polarization // Phys. Rev. Lett. - 2010. - Vol. 105. - P. 253602.
Biss D.P., Youngworth K.S., and Brown T.G. Dark field imaging with cylindrical-vector beams // Appl. Opt. - 2006. - Vol. 45. - P. 470 -479.
Lu F., Zheng W., and Huang Z. Coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy using tightly focused radially polarized light // Opt. Lett. - 2009. - Vol. 34. - P. 1870-1872.
Török P. and Munro P.R.T. The use of Gauss- Laguerre vector beams in STED microscopy // Opt. Express - 2004. - Vol. 12. - P. 3605 -3617.
Bokor N., Iketabi Y., Watanabe T., Daigoku K., Davidson N., and Fujii M. On polarization effects in fluorescence depletion mi-croscopy // Opt. Commun. - 2007. - Vol. 272. - P. 263-268.
Khonina S.N. and Golub I. How low can STED go? Comparison of different write-erase beam combinations for stimulated emission depletion microscopy // J. Opt. Soc. Am. A. - 2012. - Vol. 29, No. 10. - P. 2242-2246.
Niziev V.G., Nesterov A.V. Influence of beam polarization on laser cutting efficiency // J. Phys. D: Appl. Phys.- 1999. - Vol. 32.- P 1455-1461.
Meier M., Romano V., and Feurer T. Material processing with pulsed radially and azimuthally polarized laser radiation // Appl. Phys. A. - 2007. - Vol. 86. - P. 329-334.
Kraus M., Ahmed M.A., Michalowski A., Voss A., Weber R., and Graf T. Microdrilling in steel using ultrashort pulsed laser beams with radial and azimuthal polarization // Optics Express. - 2010. - Vol. 18, No. 21. - P. 22305.
Venkatakrishnan K. and Tan B. Generation of radially polarized beam for laser micromachining // Journal of Laser Micro/Nanoengineering. - 2012. - Vol. 7, No. 3. - P. 274-278
Hnatovsky C., Shvedov V.G., Shostka N., Rode A.V., and Krolikowski W. Polarization-dependent ablation of silicon using tightly focused femtosecond laser vortex pulses // Optics Letters. - 2012. - Vol. 37, No. 2. - P. 226-228.
Dorn R., Quabis S., and Leuchs G. Sharper focus for a radially polarized light beam // Phys. Rev. Lett. - 2003. - Vol. 91. - P. 233901.
Kozawa Y. and Sato S. Dark spot formation by vector beams // Opt. Lett. - 2008. - Vol. 33. - P. 2326 - 2329 Sato S. and Kozawa Y. Hollow vortex beams // J. Opt. Soc. Am. A. - 2009. - Vol. 26. - P. 142-146.
Zhan Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications // Advances in Optics and Photonics. - 2009. - Vol. 1. - P. 1-57.
Khonina S.N. and Golub I. Enlightening darkness to diffraction limit and beyond: comparison and optimization of different polarizations for dark spot generation // J. Opt. Soc. Am. A. - 2012. - Vol. 29, No. 7. - P. 1470-1474.
Kozawa Y. and Sato S. Sharper focal spot formed by higher-order radially polarized laser beams // J. Opt. Soc. Am. A - 2007. - Vol. 24. - P. 1793-1798.
Khonina S.N., Alferov S.V., Karpeev S.V. Strengthening the longitudinal component of the sharply focused electric field by means of higher-order laser beams // Optics Letters. - 2013. - Vol. 38(17). - P. 3223-3226.
Methods for Computer Design of Diffractive Optical Elements / V.A. Soifer, V.V. Kotlyar, N.L. Kazanskiy, L.L. Doskolovich, S.I. Kharitonov, S.N. Khonina, V.S. Pavelyev, R.V. Skidanov, A.V. Volkov, D.L. Golovashkin, V.S. Solovyev, G.V. Usplenyev. - Ed. by V.A. Soifer. - New York: John Wiley & Sons, Inc., 2002. - 765 p.
Computer Design of Diffractive Optics / D.L. Golovashkin, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy, V.S. Pavelyev, S.N. Khonina, R.V. Skidanov. - Ed. by V.A. Soifer. - Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2012. - 896 p.
Oron R., Blit S., Davidson N. and Friesem A.A. The formation of laser beams with pure azimuthal or radial polarization / // Applied Physics Letters. - 2000. - V. 77, Issue 21. - P. 3322-3324.
Machavariani G., Lumer Y., Moshe I., Meir A., Jackel S., and Davidson N. Birefringence-induced bifocusing for selection of radially or azimuthally polarized laser modes, Applied Optics. - 2007. - V. 46. - P. 3304-3310.
Yonezawa K., Kozawa Y., and Sato S. Compact laser with radial polarization using birefringent laser medium // Japanese Journal of Applied Physics. - 2007. - V. 46. - P. 5160-5163.
Tidwell S.C., Ford D.H. and Kimura W.D. Generating radially polarized beams interferometrically // Applied Optics. - 1990. - V. 29. - P. 2234-2239.
Passilly N., de Saint Denis R., Aït-Ameur K., Treussart F., Hierle R. and Roch J.-F. Simple interferometric technique for generation of a radially polarized light beam // J. Opt. Soc. Am. A. - 2005. - V. 22(5). - P. 984-991.
Khonina S.N., Karpeev S.V. Grating-based optical scheme for the universal generation of inhomogeneously polarized laser beams // Applied Optics. - 2010. - V. 49(10). - P. 1734-1738.
Fadeyeva T., Shvedov V., Shostka N., Alexeyev C., and Volyar A. Natural shaping of the cylindrically polarized beams // Optics Letters. - 2010. - V. 35(22). - P. 3787-3789.
Loussert C. and Brasselet E. Efficient scalar and vectorial singular beam shaping using homogeneous anisotropic media // Optics Letters. - 2010. - V. 35. - P. 7-9.
Fadeyeva T.A., Shvedov V.G., Izdebskaya Y.V., Volyar A.V., Brasselet E., Neshev D.N., Desyatnikov A.S., Krolikowski W., and Kivshar Y.S. Spatially engineered polarization states and optical vortices in uniaxial crystals // Optics Express. - 2010. - V. 18(10). - P. 10848-10863.
Хонина С.Н., Волотовский С.Г., Харитонов С.И. Особенности непараксиального распространения гауссовых и бесселевых мод вдоль оси кристалла // Компьютерная оптика. - 2013. - Т. 37, № 3. - С. 297-306
Tian B. and Pu J. Tight focusing of a double-ring-shaped, azimuthally polarized beam // Opt. Lett. 36, 2014-2016 (2011).
Khonina S.N., Karpeev S.V. Generating inhomogeneously polarized higher-order laser beams by use of DOEs beams // Journal of the Optical Society of America A. - 2011. - V. 28(10). - P. 2115-2123.
Khonina S.N., Karpeev S.V., Alferov S.V. Polarization converter for higher-order laser beams using a single binary diffractive optical element as beam splitter // Optics Letters. - 2012. - V. 37(12). - P. 2385-2387.
Хонина С.Н., Волотовский С.Г., Харитонов С.И. Периодическое изменение интенсивности модовых лазерных пучков при распространении в анизотропных одноосных кристаллах // Известия Самарского научного центра РАН. - 2012. - Т.14, № 4.- С. 18-27.
Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. Специальные функции. - М: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - 752 с.
Хонина С.Н., Карпеев С.В., Алфёров С.В. Теоретическое и экспериментальное исследование поляризационных преобразований в одноосных кристаллах для получения цилиндрических векторных пучков высоких порядков // Компьютерная оптика. - 2014. - Т. 38, № 2. - С. 171-180.
Карпеев С.В., Хонина С.Н., Казанский Н.Л., Моисеев О.Ю. Формирование поляризационно-неоднородных лазерных пучков высокого порядка на основе пучков с круговой поляризацией // Компьютерная оптика. - 2011.- Т. 35, № 2. - С. 224-230.
Khonina S.N., Balalayev S.A., Skidanov R.V., Kotlyar V.V., Paivanranta B., Turunen J. Encoded binary diffractive element to form hyper-geometric laser beams // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2009. - V. 11. - P. 065702 (7pp).
Kazanskiy N.L. Research & education center of diffractive optics // Proceedings of SPIE. - 2012. - V. 8410. - P. 84100R.
Zhan Q., Leger J.R. Focus shaping using cylindrical vector beams // Optics Express. - 2002. - V. 10, Issue 7. - P. 324-331.
Hao B., Leger J. Numerical aperture invariant focus shaping using spirally polarized beams // Optics Communications. - 2008. - V. 281. - P. 1924-1928.
Khonina S.N., Kotlyar V.V., Soifer V.A., Lautanen J., Honkanen M., Turunen J. Generating a couple of rotating nondiffarcting beams using a binary-phase DOE // Optik.- 1999. - Vol. 110, No. 3. - P. 137-144.
Ключевые слова:
одноосный кристалл, цилиндрические векторные пучки, лазерные пучки высокого порядка, поляризационные преобразования.