Плотность углового момента параксиального оптического вихря с круговой поляризацией
Котляр В.В., Ковалёв А.А.

 

Институт систем обработки изображений РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Самара, Россия,
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара, Россия

Аннотация:
Получены общие аналитические выражения для вектора плотности углового момента параксиального оптического вихря с эллиптической поляризацией. Показано, что для любого вихревого поля с радиальной симметрией и круговой поляризацией имеет место эффект «углового трактора», то есть поток световой энергии вращается вокруг оптической оси по часовой или против часовой стрелки на разных радиусах в поперечном сечении пучка. Также показано, что осевая проекция плотности углового момента вихревого светового поля меняет знак на тех же радиусах в сечении пучка. То есть микрочастицы, захваченные в вихревой пучок на разных радиусах, будут вращаться либо по часовой стрелке, либо против часовой.

Ключевые слова:
параксиальный оптический вихрь, плотность углового момента, топологический заряд, круговая поляризация, угловой трактор.

Цитирование:
Котляр, В.В. Плотность углового момента параксиального оптического вихря с круговой поляризацией / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 1. – С. 5-12. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-1-5-12.

Литература:

  1. Padgett, M.J. Orbital angular momentum 25 years on / M.J. Padgett // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, Issue 10. – P. 11265-11274. – DOI: 10.1364/OE.25.011265.
  2. Allen, L. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian Laser modes / L. Allen, M.W. Beijersbergen, R.J.C. Spreeuw, J.P. Woerdman // Physical Review A. – 1992. – Vol. 45, Issue 11. – P. 8185-8189. – DOI: 10.1103/PhysRevA.45.8185.
  3. Allen, L. Spin-orbit coupling in free-space Laguerre-Gaussian light beams / L. Allen, V.E. Lembessis, M. Ba­biker // Physical Review A. – 1996. – Vol. 53, Issue 5. – P. 2937-2939. – DOI: 10.1103/PhysRevA.53.R2937.
  4. Barnett, S.M. Orbital angular momentum and nonparaxial light beams / S.M. Barnett, L. Allen // Optics Communications. – 1994. – Vol. 110, Issues 5-6. – P. 670-680. – DOI: 10.1016/0030-4018(94)90269-0.
  5. Volke-Sepulveda, K. Orbital angular momentum of a high-order Bessel light beam / K. Volke-Sepulveda, V. Garces-Chavez, S. Chavez-Cedra, J. Arlt, K. Dholakia // Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics. – 2002. – Vol. 4, Issue 2. – P. S82-S89. – DOI: 10.1088/1464-4266/4/2/373.
  6. Nieminen, T.A. Angular momentum of a strongly focused Gaussian beam / T.A. Nieminen, A.B. Stilgoe, N.R. Heckenberg, H. Rubinsztein-Dunlop // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2008. – Vol. 10(11). – 115005. – DOI: 10.1088/1464-4258/10/11/115005.
  7. Monteiro, P.B. Angular momentum of focused beams: beyond the paraxial approximation / P.B. Monteiro, P.A. Maia Neto, H.M. Nessenzveig // Physical Review A. – 2009. – Vol. 79, Issue 3. – 033830. – DOI: 10.1103/PhysRevA.79.033830.
  8. Novitsky, A.V. Negative propagation of vector Bessel beams / A.V. Novitsky, D.V. Novitsky // Journal of the Optical Society of America A. – 2007. – Vol. 24, Issue 9. – P. 2844-2849. – DOI: 10.1364/JOSAA.24.002844.
  9. Oemrawsingh, S.S.R. Intrinsic orbital angular momentum of paraxial beams with off-axis imprinted vortices / S.S.R. Oemrawsingh, E.R. Eliel, G. Nienhuis, J.P. Woerdman // Journal of the Optical Society of America A. – 2004. – Vol. 21, Issue 11. – P. 2089-2096. – DOI: 10.1364/JOSAA.21.002089.
  10. Cerjan, A. Orbital angular momentum of Laguerre-Gaus­sian beams beyond the paraxial approximation / A. Cerjan, C. Cerjan // Journal of the Optical Society of America A. – 2011. – Vol. 28, Issue 11. – P. 2253-2260. – DOI: 10.1364/JOSAA.28.002253.
  11. Kotlyar, V.V. Circularly polarized Hankel vortices / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, Issue 7. – P. 7778-7790. – DOI: 10.1364/OE.25.007778.
  12. Zhou, G.Q. Angular momentum density of a Gaussian vortex beam / G.Q. Zhou, X.G. Wang, C.Q. Dai, X.X. Chu // Science China Physics. – 2014. – Vol. 57, Issue 4. – P. 619-627. – DOI: 10.1007/s11433-013-5276-1.
  13. Cheng, K. The Pointing vector and angular momentum density of Swallowtail-Gauss beams / K. Cheng, G. Lu, X. Zhong // Optics Communications. – 2017. – Vol. 396. – P. 58-65. – DOI: 10.1016/j.optcom.2017.03.038.
  14. Zhu, Y. Probability density of the orbital angular momentum mode of Hankel-Bessel beams in an atmospheric turbulence / Y. Zhu, X. Liu, J. Gao, Y. Zhang, F. Zhao // Optics Express. – 2014. – Vol. 22, Issue 7. – P. 7765-7772. – DOI: 10.1364/OE.22.007765.
  15. Kotlyar, V.V. HankelBessel laser beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, V.A. Soifer // Journal of the Optical Society of America A. – 2012. – Vol. 29, Issue 5. – P. 741-747. – DOI: 10.1364/JOSAA.29.000741.
  16. Bliokh, K.Y. Transverse and longitudinal angular momenta of light / K.Y. Bliokh, F. Nori // Physics Reports. – 2015. – Vol. 592. – P. 1-38. – DOI: 10.1016/j.physrep.2015.06.003.
  17. Справочник по специальным функциям / под ред. М. Абрамовица, И. Стиган. – М.: Наука, 1979. – 832 с.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20