По ту сторону интенсивности или моменты интенсивности и измерение спектра оптических вихрей сложных пучков
Воляр А.В., Брецько М.В., Акимова Я.Е., Егоров Ю.А.

КФУ им. В.И. Вернадского, Физико-технический институт, 295007, Россия, г. Симферополь, проспект Академика Вернадского, 4

Аннотация:
В статье представлен новый метод измерения спектра оптических вихрей (квадраты амплитуд и начальные фазы), а также орбитального углового момента без разрезов и склеек волнового фронта массива сингулярных пучков. Такое расширение возможностей измерения свойств комбинированных вихревых пучков достигается посредством регистрации моментов интенсивности светового пучка в целом без разрушения его внутренней структуры. Степень корреляции исходного распределения интенсивности и распределения интенсивности, с учётом экспериментально полученного спектра вихрей колеблется между 83 – 89%, что указывает на надёжность представленного метода. Поскольку анализ спектра вихрей осуществляется за счёт разложения поля по базису пучков Лагерра–Гаусса порядка (m,0), то анализ и восстановление поля возможны только за счёт его разложения по линейной комбинации оптических вихрей.

Ключевые слова:
дифракционная оптика, обработка изображения, оптические вихри, орбитальный угловой момент, моменты интенсивности.

Цитирование:
Воляр, А.В.
По ту сторону интенсивности, или моменты интенсивности и измерение спектра оптических вихрей сложных пучков / А.В. Воляр, М.В. Брецько, Я.Е. Акимова, Ю.А. Егоров // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 5. – С. 736-743. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-42-5-736-743.

Литература:

  1. Gbur, G.J. Singular optics / G.J. Gbur. – New York: CRC Press, 2017. – 545 p. – ISBN: 978-1-4665-8077-0.
  2. Soifer, V.A. Laser beam mode selection by computer-generated holograms / V.A. Soifer, M.A. Golub. – Boca Raton: CRC Press, 1994. – 224 p. – ISBN: 978-0-8493-2476-5.
  3. Wang, J. Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing / J. Wang, J.-Y. Yang, I.M. Fazal, N. Ahmed, Y. Yan, H. Huang, Y. Ren, Y. Yue, S. Dolinar, M. Tur, A.E. Willner // Nature Photonics. - 2012. - Vol. 6. - P. 488-496. - DOI: 10.1038/nphoton.2012.138.
  4. Mair, A. Entanglement of the orbital angular momentum states of photons / A. Mair, A. Vaziri, G. Weihs, A. Zeilinger // Nature. - 2001. - Vol. 412, Issue 6844. - P. 313-316. - DOI: 10.1038/35085529.
  5. Singh, H. Quantum key distribution protocols: A review / H. Singh, D.L. Gupta, A.K Singh // Journal of Computer Engineering. - 2014. - Vol. 16, Issue 2. - P. 1-9. - DOI: 10.9790/0661-162110109.
  6. Khonina, S.N. Generation and selection of laser beams represented by a superposition of two angular harmonics / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, K. Jefimovs, J. Turunen // Journal of Modern Optics. - 2004. - Vol. 51, Issue 5. - P. 761-773. - DOI: 10.1080/09500340408235551.
  7. Khonina, S.N. Measuring the light field orbital angular momentum using DOE / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, P. Paakkonen, J. Turunen // Optical Memory and Neural Networks. - 2001. - Vol. 10, No. 4. - P. 241-255.
  8. Khonina, S.N. Optical vortices in a fiber: mode division multiplexing and multimode selfimaging / S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy, V.A. Soifer. – In: Recent progress in optical fiber research / ed. by M. Yasin, S.W. Harun, H. Arof. – Rijeka, Croatia: InTech, 2012. – Chap 15. – P. 327-352. – DOI: 10.5772/28067.
  9. Kirilenko, M.S. Information transmission using optical vortices / M.S. Kirilenko, S.N. Khonina // Optical Memory and Neural Networks. - 2013. - Vol. 22, Issue 2. - P. 81-89.
  10. Gibson, G. Free-space information transfer using light beams carrying orbital angular momentum / G. Gibson, J. Courtial, M.J. Padgett, M. Vasnetsov, V. Pas’ko, S.M. Barnett, S. Franke-Arnold // Optics Express. - 2004. - Vol. 12, Issue 22. - P. 5448-5456. - DOI: 10.1364/OPEX.12.005448
  11. Allen, L. IV the orbital angular momentum of light / L. Allen, M.J. Padgett, M. Babiker // Progress in Optics. – 1999. – Vol. 39. – P. 291-372. – DOI: 10.1016/S0079-6638(08)70391-3.
  12. Qassim, H. Limitations to the determination of a Laguerre–Gauss spectrum via projective, phase-flattening measurement / H. Qassim, F.M. Miatto, J.P. Torres, M.J. Padgett, E. Karimi, R.W. Boyd // Journal of the Optical Society of America B. - 2014. - Vol. 31, Issue 6. - P. A20-A23. - DOI: 10.1364/JOSAB.31.000A20.
  13. Alexeyev, C.N. Mutual transformations of fractional-order and integer-order optical vortices / C.N. Alexeyev, Yu.A. Egorov, A.V. Volyar // Physical Review A. – 2017. – Vol. 96, Issue 6. – 063807. – DOI: 10.1103/PhysRevA.96.063807.
  14. Volyar, A.V. Super pulses of orbital angular momentum in fractional-order spiroid vortex beams / A.V. Volyar, Yu.A. Egorov // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 1. – P. 74-77. – DOI: 10.1364/OL.43.000074.
  15. Alperin, S.N. Quantitative measurement of the orbital angular momentum of light with a single, stationary lens / S.N. Alperin, R.D. Niederiter, J.T. Gopinath, K.E. Siements // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41, Issue 21. – P. 5019-5022. – DOI: 10.1364/OL.41.005019.
  16. Wigner, E.P. On the quantum correction for thermodynamic equilibrium / E.P. Wigner // Physical Review. – 1932. – Vol. 40. – P. 749-759. – DOI: 10.1103/PhysRev.40.749.
  17. Hu, M.K. Visual pattern recognition by moment invariants / M.K. Hu // IRE Transactions on Information Theory. – 1962. – Vol. 8, Issue 2. – P. 179-187. – DOI: 10.1109/TIT.1962.1057692.
  18. Мандель, Л. Оптическая когерентность и квантовая оптика / Л. Мандель, Э. Вольф. – М. Физматгиз, 2000. – 896 c. – ISBN: 5-9221-0073-4.
  19. Flusser, J. Moments and moment invariants in pattern recognition / J. Flusser, T. Suk, B. Zitová. – Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd., 2009. – 312 p. – ISBN: 978-0-470-69987-4.
  20. Kotlyar, V.V. Vortex laser beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev. – Boca Raton, FL: CRC Press, 2018. – 404 p. – ISBN: 978-1-1385-4211-2.
  21. Абрамочкин, Е.Г. Спиральные пучки света / Е.Г. Абрамочкин, В.Г. Волостников // Успехи физических наук. – 2004. – Т. 174, № 12. – С. 1273-1300. – DOI: 10.3367/UFNr.0174.200412a.1273.

© 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