Орбитальный угловой момент лазерного пучка с эллиптической симметрией после прохождения эллиптической спиральной фазовой пластинки
Ковалёв А.А.

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, 443086, Россия, Самарская область, г. Самара, Московское шоссе, д. 34,

ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, 443001, Россия, Самарская область, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151

Аннотация:
Получено простое замкнутое выражение для нормированного орбитального углового момента (на единицу мощности) произвольного параксиального светового пучка эллиптической формы, прошедшего через эллиптическую спиральную фазовую пластинку, повёрнутую на произвольный угол вокруг оптической оси. При этом эллиптичности пучка и спиральной фазовой пластинки могут отличаться. Показано, что если эллиптический пучок освещает эллиптическую спиральную фазовую пластинку, то нормированный орбитальный угловой момент выходного пучка максимален (минимален), когда пучок и спиральная фазовая пластинка ориентированы параллельно (ортогонально). Результаты могут быть использованы в оптических ловушках, например, для непрерывного изменения орбитального углового момента, передаваемого частице, путём поворота спиральной фазовой пластинки вокруг оптической оси.

Ключевые слова:
эллиптический лазерный пучок, эллиптическая спиральная фазовая пластинка, орбитальный угловой момент.

Цитирование:
Ковалёв, А.А. Орбитальный угловой момент лазерного пучка с эллиптической симметрией после прохождения эллиптической спиральной фазовой пластинки / А.А. Ковалёв // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 4. – С. 606-613. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-42-4-606-613.

Литература:

  1. 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.
  2. Courtial, J. Gaussian beams with very high orbital angular momentum / J. Courtial, K. Dholakia, L. Allen, M.J. Padgett // Optics Communications. – 1997. – Vol. 144(4-6). – P. 210-213. – DOI: 10.1016/S0030-4018(97)00376-3.
  3. Kotlyar, V.V. Astigmatic laser beams with a large orbital angular momentum / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Optics Express. – 2018. – Vol. 26, Issue 1. – P. 141-156. – DOI: 10.1364/OE.26.000141.
  4. Serna, J. Orbital angular momentum of partially coherent beams / J. Serna, J. Movilla // Optics Letters. – 2001. – Vol. 26, Issue 7. – P. 405-407. – DOI: 10.1364/OL.26.000405.
  5. Yang, Z. Optical orbital angular momentum of evanescent Bessel waves / Z. Yang // Optics Express. – 2015. – Vol. 23, Issue 10. – P. 12700-12711. – DOI: 10.1364/OE.23.012700.
  6. Charnotskii, M. Transverse linear and orbital angular momenta of beam waves and propagation in random media / M. Charnotskii // Journal of Optics. – 2017. – Vol. 20, Issue 2. – 025602. – DOI: 10.1088/2040-8986/aa9f50.
  7. Martinez-Castellanos, I. Shaping optical beams with non-integer orbital-angular momentum: a generalized differential operator approach / I. Martinez-Castellanos, J.C. Gutiérrez-Vega // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40, Issue 8. – P. 1764-1767. – DOI: 10.1364/OL.40.001764.
  8. Bekshaev, A.Ya. Optical vortex symmetry breakdown and decomposition of the orbital angular momentum of light beams / A.Ya. Bekshaev, M.S. Soskin, M.V. Vasnetsov // Journal of the Optical Society of America A. – 2003. – Vol. 20, Issue 8. – P. 1635-1643. – DOI: 10.1364/JOSAA.20.001635.
  9. Bekshaev, A.Ya. Transformation of higher-order optical vortices upon focusing by an astigmatic lens / A.Ya. Bekshaev, M.S. Soskin, M.V. Vasnetsov // Optics Communications. – 2004. – Vol. 241, Issues 4-6. – P. 237-247. – DOI: 10.1016/j.optcom.2004.07.023.
  10. Kotlyar, V.V. Elliptic Gaussian optical vortices / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Physical Review A. – 2017. – Vol. 95, Issue 5. – 053805. – DOI: 10.1103/PhysRevA.95.053805.
  11. Kovalev, A.A. A highly efficient element for generating elliptic perfect optical vortices / A.A. Kovalev, V.V. Kotlyar, A.P. Porfirev // Applied Physics Letters. – 2017. – Vol. 110, Issue 26. – 261102. – DOI: 10.1063/1.4990394.
  12. Tahara, T. Single-shot phase-shifting incoherent digital holography / T. Tahara, T. Kanno, Y. Arai, T. Ozawa // Journal of Optics. – 2017. – Vol. 19, Issue 6. – 065705. – DOI: 10.1088/2040-8986/aa6e82.
  13. Zhang, P. Trapping and rotating microparticles and bacteria with Moiré-based optical propelling beams / P. Zhang, D. Hernandez, D. Cannan, Y. Hu, S. Fardad, S. Huang, J. Chen, D. Christodoulides, Z. Chen // Biomedical Optics Express. – 2012. – Vol. 3, Issue 8. – P. 1891-1897. – DOI: 10.1364/BOE.3.001891.
  14. De Sio, L. Digital polarization holography advancing geometrical phase optics / L. De Sio, D. Roberts, Z. Liao, S. Nersisyan, O. Uskova, L. Wickboldt, N. Tabiryan, D. Steeves, B. Kimball // Optics Express. – 2016. – Vol. 24, Issue 16. – P. 18297-18306. – DOI: 10.1364/OE.24.018297.
  15. Ruffato, G. Diffractive optics for combined spatial- and mode- division demultiplexing of optical vortices: design, fabrication and optical characterization / G. Ruffato, M. Massari, F. Romanato // Scientific Reports. – 2016. – Vol. 6. – 24760. – DOI: 10.1038/srep24760.
  16. Kotlyar, V.V. Controlling orbital angular momentum of an optical vortex by varying its ellipticity / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev // Optics Communications. – 2018. – Vol. 410. – P. 202-205. – DOI: 10.1016/j.optcom.2017.10.004.
  17. Kogelnik, H. Laser beams and resonators / H. Kogelnik, T. Li // Applied Optics. – 1966. – Vol. 5, Issue 10. – P. 1550-1567. – DOI: 10.1364/AO.5.001550.

© 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