Острая фокусировка лазерного излучения с помощью двухзонного аксиального микроэлемента
Хонина С.Н., Савельев Д.А., Устинов А.В.

Аннотация:
Аналитически и численно показано, что оптический микроэлемент, состоящий всего из двух соосных кольцевых зон, можно использовать для острой фокусировки лазерного излучения, если радиус центральной зоны порядка длины волны. Численные расчёты, выполненные в приближении тонкого элемента с использованием метода разложения по плоским волнам, показывают согласование с аналитическими оценками. Также качественное согласование показано на основе конечно-разностного временного метода с учётом трёхмерной структуры элемента. Определены характеристики и особенности дифракции на рассматриваемом элементе гауссова пучка с линейной и круговой поляризацией.

Ключевые слова :
дифракция на круглой и кольцевой апертуре, двухзонный аксиальный элемент, острая фокусировка, разложение по плоским волнам, метод конечных разностей во временной области.

Литература:

  1. Wei, P.-K. Subwavelength focusing in the near field in mesoscale air-dielectric structures / P.-K. Wei, H.-L. Chou and Y.-C. Chen // Opt. Lett. - 2004. - Vol. 29, N 5. - P. 433-435.
  2. Kotlyar, V.V. Tight focusing with a binary microaxicon / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, L. O’Faolain and V.A. Soifer // Opt. Lett. - 2011. - Vol. 36, N 16. - P. 3100-3102.
  3. 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.
  4. Котляр, В.В. Симметрия интенсивности и потока мощности субволнового фокусного пятна / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, С.С. Стафеев // Компьютерная оптика. - 2012. - Т. 36, № 2. - С. 190-198.
  5. Котляр, В.В. Выравнивание интенсивности фокального пятна сфокусированного гауссового пучка / В.В. Кот­ляр, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 1998. - Т. 18. - С. 42-52.
  6. Хонина, С.Н. Уменьшение размера фокального пятна при радиальной поляризации с помощью бинарного кольцевого элемента / С.Н. Хонина, А.В. Устинов // Компьютерная оптика. - 2012. - Т. 36, № 2. - С. 219-226.
  7. Born, M. Principles of Optics / M. Born, E. Wolf. - 6th ed. - Pergamon, Oxford, 1980. - Chap. 8.3.
  8. Andrews, C.L. Diffraction pattern in a circular aperture measured in the microwave region / C.L. Andrews // J. Appl. Phys. - 1950. - Vol. 21. - P. 761-767.
  9. Хонина, С.Н. Распространение радиально-ограничен­ных вихревых пучков в ближней зоне: I. Алгоритмы расчёта / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, А.А. Ковалёв, С.Г. Волотовский // Компьютерная оптика. - 2010. - Т. 34, № 3. - С. 317-332.
  10. Totzeck, M. Validity of the scalar Kirchhoff and Ray­leigh-Sommerfeld diffraction theories in the near field of small phase objects / M. Totzeck // J. Opt. Soc. Am. A. - 1991. - V. 8, N 1. - P. 27-32.
  11. Tsoy, V.I. The use of Kirchho? approach for the calculation of the near ?eld amplitudes of electromagnetic ?eld / V.I. Tsoy, L.A. Melnikov // Optics Communications. - 2005. - V. 256. - P. 1-9.
  12. Luneburg, R.K. Mathematical Theory of Optics / R.K. Lu­neburg. - University of California Press, Berkeley, California, 1966.
  13. 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.
  14. 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.
  15. Osterberg, H. Closed solutions of Rayleigh’s integral for axial points / H. Osterberg, L.W. Smith // J. Opt. Soc. - 1961. - Vol. 51(10). - P. 1050-1054.
  16. Dubra, A. Diffracted field by an arbitrary aperture / A. Dubra, J.A. Ferrari // Am. J. Phys. - 1999. - Vol. 67(1). - P. 87-92.
  17. Romero, J.A. Vectorial approach to Huygens’s principle for plane waves: circular aperture and zone plates / J.A. Romero, L. Hernández // J. Opt. Soc. Am. A. - 2006. - Vol. 23, N 5. - P. 1141-1145.
  18. Хонина, С.Н. Бинарная линза: исследование локальных фокусов / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, Р.В. Скиданов // Компьютерная оптика. - 2011. - Т. 35, № 3. - С. 339-346.
  19. 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.
  20. Савельев, Д.А. Максимизация продольной электрической компоненты при дифракции на бинарном аксиконе линейно-поляризованного излучения / Д.А. Савельев, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 2012. - Т. 36, № 4. - С. 511-517.
  21. Котляр, В.В. Моделирование фокусировки линейно-поляризованного света с помощью субволнового бинарного аксикона / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.А. Ковалёв, А.Г. Налимов // Компьютерная оптика. - 2012. - Т. 36, № 2. - С. 183-189.

© 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