Вращение двухлепесткового лазерного пучка в ближнем поле вихревого микроаксикона
Стафеев С.С., О'Фаолейн Л., Котляр М.В.

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

Аннотация:
С помощью вихревого микроаксикона с топологическим зарядом 2 и числовой апертурой около 0,6, изготовленного по технологии электронной литографии для длины волны 532 нм, продемонстрировано формирование в ближней зоне (несколько микронов от поверхности микроаксикона) вращающегося двухлепесткового лазерного пучка, расчётная скорость вращения которого линейно зависит от расстояния и равна 55 °/мкм (теоретическая скорость 53 °/мкм) и экспериментальная скорость вращения только на некотором участке от 1,5 мкм до 3 мкм была линейной и совпадала с расчётной. На начальном участке от 0 до 1,5 мкм скорость была около 66 °/мкм, а на конечном участке трассы от 3 мкм до 4,5 мкм – 34 °/мкм. Достигнутая скорость вращения двухлепесткового пучка больше, чем скорости вращения других известных аналогичных вращающихся двухлепестковых лазерных пучков.

Ключевые слова:
бинарная оптика, ближнепольная микроскопия, оптический вихрь, вращающиеся пучки.

Цитирование:
Стафеев, С.С. Вращение двухлепесткового лазерного пучка в ближнем поле вихревого микроаксикона / С.С. Стафеев, Л. О'Фаолейн, М.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 3. – С. 385-391. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-3-385-391.

Литература:

  1. Backlund, M.P. The double-helix point spread function enebles precise and accurate measurement of 3D single0molecule localization and orientation / M.P. Backlund, M.D. Lew, A.S. Backer, S.J. Sahl, G. Grover, A. Agrawal, R. Piestun, W.E. Moerner // Proceedings of SPIE. – 2013. – Vol. 8590. – 85900L. – DOI: 10.1117/12.2001671.
  2. Lavery, M.P.J. Free-space propagation of high-dimensional structured optical fields in an urban environment / M.P.J. Lavery, C. Peuntinger, K. Gunthner, P. Banzer, D. Elser, R.W. Boyd, M.J. Padgett, C. Marquardt, G. Leuchs // Science Advances. – 2017. – Vol. 3, Issue 10. – e1700552. – DOI: 10.1126/sciadv.1700552.
  3. Morgan, K.S. Free space propagation of concentric vortices through underwater turbid environments / K.S. Morgan, J.K. Miller, B.M. Cochennour, W. Li, Y. Li, R.J. Watkins, E.G. Johnson // Journal of Optics. – 2016. – Vol. 18. – 104004. – DOI: 10.1088/2040-8978/18/10/104004.
  4. Yu, S. Compositing orbital angular momentum beams in Bi4Ge3O12 crystal for magnetic field sensing / S. Yu, F. Pung, H. Liu, X. Li, J. Yang, T. Wang // Applied Physics Letters. – 2017. – Vol. 111, Issue 9. – 091107. – DOI: 10.1063/1.4989651.
  5. Abramochkin, E. Spiral-type beams / E. Abramochkin, V. Volostnikov // Optics Communications. – 1993. – Vol. 102, Issues 1-3. – P. 336-350. – DOI: 10.1016/0030-4018(93)90406-U.
  6. Schechner, Y.Y. Wave propagation with rotating intensity distributions / Y.Y. Schechner, R. Piestun, J. Shamir // Physical Review E. – 1996. – Vol. 54, Issue 1. – P. R50-R53. – DOI: 10.1103/PhysRevE.54.R50.
  7. Pääkkönen, P. Rotating optical fields: experimental demonstration with diffractive optics / P. Pääkkönen, J. Lautanen, M. Honkanen, M. Kuittinen, J. Turunen, S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, A.T. Friberg // Journal of Modern Optics. – 1998. – Vol. 45, Issue 11. – P. 2355-2369. – DOI: 10.1080/09500349808231245.
  8. Greengard, A. Depth from diffracted rotation / A. Greengard, Y.Y. Schechner, R. Piestun // Optics Letters. – 2006. – Vol. 31, Issue 2. – P. 181-183. – DOI: 10.1364/OL.31.000181.
  9. Pavani, S.R.P. High-efficiency rotating point spread functions / S.R.P. Pavani, R. Piestun // Optics Express. – 2008. – Vol. 16, Issue 5. – P. 3484-3489. – DOI: 10.1364/OE.16.003484.
  10. Rop, R. Generation and propagation dynamics of obstructed and unobstructed rotating orbital angular momentum-carrying Helicon beams / R. Rob, I.A. Litvin, A. Forbes // Journal of Optics. – 2012. – Vol. 14, Issue 3. – 035702. – DOI: 10.1088/2040-8978/14/3/035702.
  11. Schulze, C. Accelerated rotation with orbital angular momentum modes / C. Schulze, F.S. Roux, A. Dudley, R. Rop, M. Duparré, A. Forbes // Physical Review A. – 2015. – Vol. 91, Issue 4. – 043821. – DOI: 10.1103/PhysRevA.91.043821.
  12. Wang, H. Dynamic propagation of optical vortices embedded in full Poincaré beams with rotationally polarization symmetry / H. Wang, G. Rui, Q. Zhan // Optics Communications. – 2015. – Vol. 351. – P. 15-25. – DOI: 10.1016/j.optcom.2015.04.040.
  13. Khan, S.N. Polarization and propagation characteristics of switchable first-order azimuthally asymmetric beam generated in dual-mode fiber / S.N. Khan, S.K. Chatterjee, P.R. Chaudhuri // Applied Optics. – 2015. – Vol. 54, Issue 6. – P. 1528-1536. – DOI: 10.1364/AO.54.001528.
  14. Kotova, S.P. Aberration influenced generation of rotating two-lobe light fields / S.P. Kotova, N.N. Losevsky, D.P. Prokopova, S.A. Samagin, V.G. Volostnikov, E.N. Vorontsov // Journal of Physics: Conference Series. – 2016. – Vol. 740(1). – 012013. – DOI: 10.1088/1742-6596/740/1/012013.
  15. Volostnikov, V.G. Generation of two-lobe light fields with a rotating intensity distribution under propagation for single emitter spectroscopy / V.G. Volostnikov, E.N. Vorontsov, S.P. Kotova, N.N. Losevsky, D.V. Prokopova, E.V. Razueva, S.A. Samagin // EPJ Web of Conferences. – 2017. – Vol. 132. – 02012. – DOI: 10.1051/epjconf/201713202012.
  16. Degtyarev, S.A. Photonic nanohelix generated by a binary spiral axicon / S.A. Degtyarev, A.P. Porfirev, S.N. Khonina // Applied Optics. – 2016. – Vol. 55, Issue 12. – P. 44-48. – DOI: 10.1364/AO.55.000B44.
  17. Kotlyar, V.V. Rotation of laser beams with zero of the orbital angular momentum / V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, R.V. Skidanov, V.A. Soifer // Optics Communications. – 2007. – Vol. 274, Issue 1. – P. 8-14. – DOI: 10.1016/j.optcom.2007.01.059.
  18. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. – 2-е изд. – М.: Наука, 1973. – 720 с.
  19. Khonina, S.N. Trochoson // S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, M.V. Shinkaryev, G.V. Uspleniev // Optics Communications. – 1992. – Vol. 91, Issues 3-4. – P. 158-162. – DOI: 10.1016/0030-4018(92)90430-Y.

  20. © 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