Особенности непараксиального распространения Гауссовых и Бесселевых мод вдоль оси кристалла
Хонина С.Н.
, Волотовский С.Г., Харитонов С.И.

Аннотация:
В работе аналитически и численно показано, что непараксиальные модовые лазерные пучки при распространении вдоль оси кристалла испытывают периодическое изменение интенсивности, связанное с интерференцией обыкновенного и необыкновенного лучей.
Для пучков Бесселя период осцилляций обратно пропорционален квадрату пространственной частоты лазерного пучка и разности диэлектрических проницаемостей. Для линейно-поляризованного излучения происходит периодическое перераспределение энергии между двумя поперечными компонентами, а для пучка с круговой поляризацией энергия перекачивается из исходного пучка в вихревой пучок второго порядка и обратно. Полученная зависимость позволяет согласовывать параметры падающего пучка с длиной кристалла для полного преобразования в вихревой пучок.
Для гауссовых пучков аналогичные периодические изменения носят нелинейный характер. Моды Лагерра–Гаусса с высоким радиальным порядком в непараксиальном режиме демонстрируют поведение, близкое к бесселевым модам на небольших расстояниях. С увеличением расстояния периодичность замедляется, а сам пучок астигматически искажается.

Ключевые слова :
одноосный кристалл, модовые лазерные пучки высокого порядка, периодическое изменение интенсивности, преобразование в вихревой пучок.

Литература:

  1. Ярив, А. Оптические волны в кристаллах / А. Ярив, П. Юх; пер. с англ. – М.: Мир, 1987. – 616 с.
  2. Федоров, Ф.И. Оптика анизотропных сред / Ф.И. Фе­доров. – Минск: Издат. Академии Наук БССР, 1958. ­ 381 с.
  3. Ciattoni, A. Circularly polarized beams and vortex generation in uniaxial media / A. Ciattoni, G. Cincotti, C. Palma // J. Opt. Soc. Am. A. – 2003. – Vol. 20(1). – P. 163-171.
  4. Marrucci, L. Optical spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media / L. Marrucci, C. Manzo and D. Paparo // Phys. Rev. Lett. – 2006. – Vol. 96. – P. 163905-163908.
  5. Fadeyeva, T.A. Spatially engineered polarization states and optical vortices in uniaxial crystals / T.A. Fadeyeva, V.G. Shve­dov, Y.V. Izdebskaya, A.V. Volyar, E. Brasselet, D.N. Ne­shev, A.S. Desyatnikov, W. Krolikowski and Y.S. Kiv­shar // Opt. Expr. – 2010. – Vol. 18(10). – P. 10848-10863.
  6. Picon, A. Spin and orbital angular momentum propagation in anisotropic media: theory / A. Picon, J. Benseny, Mompart and G.F. Calvo // J. Opt. – 2011. – Vol. 13. – P. 064019-064025.
  7. Stepanov, M.A. Transformation of Bessel beams under internal conical refraction / M.A. Stepanov // Optics Communications. – 2002. – Vol. 212. – P. 11-16.
  8. Zusin, D.H. Bessel beam transformation by anisotropic crystals / D.H. Zusin, R. Maksimenka, V.V. Filippov, R.V. Chul­kov, M. Perdrix, O. Gobert and A.S. Grabtchikov // J. Opt. Soc. Am. A – 2010. – Vol. 27, N 8. – P. 1828-1833.
  9. Khilo, N.A. Conical diffraction and transformation of Bessel beams in biaxial crystals / N.A. Khilo // Optics Communications. – 2013. – Vol. 286. – P. 1-5.
  10. Loussert, C. Efficient scalar and vectorial singular beam shaping using homogeneous anisotropic media / C. Lous­sert and E. Brasselet // Opt. Lett. – 2010. – Vol. 35. – P. 7-9.
  11. Fadeyeva, T.A. Extreme spin-orbit coupling in crystal-traveling paraxial beams / T.A. Fadeyeva and A.V. Volyar // J. Opt. Soc. Am. A. – 2010. – Vol. 27, N 3. – P. 381-389.
  12. Бельский, А.М. Распространение ограниченных световых пучков вдоль лучевых осей двуосных кристаллов / А.М. Бельский, А.П. Хапалюк // Оптика и спектроскопия. – 1978. – Т. 44, № 3. – С. 540-544.
  13. Belsky, A.M. Internal conical refraction of light beams in biaxial gyrotropic crystals / A.M. Belsky, M.A. Stepanov // Opt. Commun. – 2002. – Vol. 204. – P. 1-6.
  14. Berry, M.V. Conical diffraction: observations and theory / M.V. Berry, M.R. Jeffrey, J.G. Lunney // Proc. R. Soc. A. – 2006. – Vol. 462. – P. 1629-1642.
  15. Kotlyar, V.V. An algorithm for the generation of laser be­ams with longitudinal periodicity: rotating images / V.V. Kot­lyar, V.A. Soifer, S.N. Khonina // Journal of Modern Optics. – 1997. – Vol. 44(7). – P. 1409-1416.
  16. Котляр, В.В. Вращение световых много-модовых пучков Гаусса–Лагерра в свободном пространстве / В.В. Кот­ляр, В.А. Сойфер, С.Н. Хонина // Письма в ЖТФ. – 1997. – Vol. 23(17). – P. 1-6.
  17. Brasselet, E. Dynamics of optical spin-orbit coupling in uniaxial crystals / E. Brasselet, Y. Izdebskaya, V. Shvedov, A.S. Desyatnikov, W. Krolikowski and Yu.S. Kivshar // Opt. Lett. – 2009. – Vol. 34. – P. 1021-1023.
  18. Досколович, Л.Л. Интегральные представления решений системы уравнений Максвелла для анизотропных сред / Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский, С.И. Харитонов // Компьютерная оптика. – 2010. – Т. 34, № 1. – С. 52-57.
  19. Хонина, С.Н. Аналог интеграла Рэлея–Зоммерфельда для анизотропной и гиротропной среды / С.Н. Хонина, С.И. Харитонов // Компьютерная оптика. – 2012. – Т. 36, № 2. – С. 172-182.
  20. Хонина, С.Н. Периодическое изменение интенсивности модовых лазерных пучков при распространении в анизотропных одноосных кристаллах / С.Н. Хонина, С.Г. Во­лотовский, С.И. Харитонов // Известия Самарского научного центра РАН. – 2012. – Т. 14(4). – С. 18-27.
  21. Хонина, С.Н. Расчёт линз для формирования параксиального продольного распределения в соответствии с их пространственным спектром / С.Н. Хонина, А.В. Устинов // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 2. – С. 193-202.

© 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