Экспериментальная демонстрация формирования продольной компоненты электрического поля на оптической оси с помощью высокоапертурных бинарных аксиконов при линейной и круговой поляризации освещающего пучка
Хонина С.Н., Карпеев С.В., Алфёров С.В., Савельев Д.А.

Аннотация:
Рассмотрена дифракция лазерного излучения с различной поляризацией на высокоапертурных бинарных аксиконах с различной структурой. Проведён теоретический анализ дифракции на аксиконе с использованием разложения по плоским волнам, и показано, что в зависимости от поляризации на оптической оси концентрируется либо продольная, либо поперечная компоненты электрического поля. Аналитически и численно показано, что внесение асимметрии в структуру аксикона позволяет формировать на оптической оси продольную компоненту для линейной и круговой поляризации освещающего пучка. Высокоапертурные бинарные аксиконы трёх конфигураций: осесимметричный, биаксикон и спиральный - изготовлены на основе технологии электронной литографии. Проведены экспериментальные измерения в ближней зоне дифракции для наиболее распространённых и легко реализуемых типов поляризации освещающего пучка - линейной и круговой. Экспериментальные результаты показали согласование с теоретическими исследованиями.

Ключевые слова :
бинарный аксикон с высокой числовой апертурой, ближняя зона дифракции, линейная и круговая поляризация, продольная компонента электрического поля.

Литература:

  1. Kalosha, V.P. Toward the subdiffraction focusing limit of optical superresolution / V.P. Kalosha and I. Golub // Opt. Lett. - 2007. - Vol. 32. - P. 3540-3542.
  2. Хонина, С.Н. Исследование применения аксиконов в высокоапертурной фокусирующей системе / С.Н. Хо­нина, С.Г. Волотовский // Компьютерная оптика. - 2010. - T. 34, № 1. - С. 35-51.
  3. Zhang, Y. Vector propagation of radially polarized Gaussian beams diffracted by an axicon / Y. Zhang, L. Wang, C. Zheng // J. Opt. Soc. Am. A. - 2005. - Vol. 22, N 11. - P. 2542-2546.
  4. Grosjean, T. Conical optics: the solution to con?ne light / T. Grosjean, F. Baida and D. Courjon// APPLIED OPTICS. - 2007. - Vol. 46, N 11. - P. 1994-2000.
  5. Котляр, В.В. Моделирование острой фокусировки радиально-поляризованной лазерной моды с помощью конического и бинарного микроаксиконов / В.В. Котляр, С.С. Стафеев // Компьютерная оптика. - 2009. - Т. 33, № 1. - С. 52-60.
  6. Хонина, С.Н. Алгоритмы быстрого расчёта дифракции радиально-вихревых лазерных полей на микроапертуре / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, С.Г. Волотовский, М.А. Ананьин // Известия Самарского научного центра РАН. - 2010. - Т. 12, № 3. - С. 15-25.
  7. Хонина, С.Н. Линзакон: непараксиальные эффекты / С.Н. Хонина, Н.Л. Казанский, А.В. Устинов, С.Г. Волотовский // Оптический журнал. - 2011. - Т. 78, № 11. - C. 44-51.
  8. Zhan, Q. Cylindrical vector beams: from  mathematical concepts to applications / Qiwen Zhan // Advances in Optics and Photonics. - 2009. - V. 1. - P. 1457.
  9. Хонина, С.Н. Расчёт дифракции линейно-поляризо­ванного ограниченного пучка с постоянной интенсивностью на высокоапертурных бинарных микроаксиконах в ближней зоне / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, С.Г. Волотовский, А.А. Ковалёв // Компьютерная оптика. - 2010. - Т. 34, № 4. - С. 443-460.
  10. Хонина, С.Н. Формирование осевого отрезка с уменьшенным поперечным размером для линейной поляризации освещающего пучка с помощью высокоапертурных бинарных аксиконов, не обладающих осевой симметрией / С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 2010. - Т. 34, № 4. - С. 461-468.
  11. Хонина, С.Н. Экспериментальное исследование дифракции линейно-поляризованного Гауссова пучка на бинарных микроаксиконах с периодом, близким к длине волны / С.Н. Хонина, Д.В. Нестеренко, А.А. Моро­зов, Р.В. Скиданов, И.А. Пустовой // Компьютерная оптика. - 2011. - Т. 35, № 1. - С. 11-21.
  12. Mansuripur, M. Certain computational  aspects of vector diffraction problems / M. Mansuripur // J. Opt. Soc. Am. A. - 1989. - Vol. 6, N 5. - P. 786-805.
  13. Oskooi, A.F. Meep: A flexible free-software package for elec­tromagnetic simulations by the FDTD method / A.F. Oskooi, D. Roundy, M. Ibanescu, P. Bermel, J.D. Joannopoulos, S.G. Johnson // Computer Physics Communications. - 2010. - Vol. 181. - P. 687-702.
  14. Jia, B. Direct observation of a pure focused evanescent field of a high numerical aperture objective lens by scanning near-field optical microscopy / B. Jia, X. Gan and M. Gu // Appl. Phys. Letters. - 2005. - Vol. 86. - P. 131110.
  15. Карпеев, С.В. Исследование острой фокусировки поляризационно-неоднородных лазерных пучков высокого порядка методами ближнепольной микроскопии / С.В. Карпеев, С.Н. Хонина, С.В. Алфёров, // Компьютерная оптика. - 2012. - Т. 36, № 4. - С. 506-510.
  16. Методы компьютерной оптики: Учебник // под ред. В.А. Сойфера. Издание 2-е, исправленное. - М.: Физматлит, 2003. - 688 с.
  17. Савельев, Д.А. Сравнение моделирования дифракции линейно-поляризованного гауссова пучка на бинарном аксиконе с высокой числовой апертурой интегральным и разностным методами / Д.А. Савельев // Известия Самарского научного центра РАН. - 2012. - Т. 14, № 4. - С. 38-46.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20