Формирование и фокусировка векторного оптического вихря с помощью металинзы

Автор: Котляр Виктор Викторович, Налимов Антон Геннадьевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 5 т.41, 2017 года.

Бесплатный доступ

Численно с помощью FDTD-моделирования показано, что при освещении спиральной металинзы из аморфного кремния с топологическим зарядом m = 1, числовой апертурой 1 и фокусным расстоянием, равным длине волны, вблизи её поверхности формируется острый фокус в виде круглого пятна (при освещении светом с ТЕ-поляризацией) или кольца (при освещении светом с ТМ-поляризацией). Показано численно и теоретически, что при острой фокусировке лазерного света в картине распределения интенсивности в фокусе имеются локальные области (симметричные и несимметричные, в центре картины или на периферии), в которых поток световой энергии имеет обратное направление. Например, обратный поток энергии вблизи оптической оси возникает при m = 1 и левой круговой поляризации или при m = 2 и правой круговой поляризации. Обнаруженный эффект можно использовать для смещения микрочастицы в обратном направлении по отношению к направлению распространения пучка.

Еще

Зонная пластинка, дифракционная решетка, оптические вихри, металинза, обратный поток энергии,

Короткий адрес: https://sciup.org/140228656

IDR: 140228656   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-645-654

Список литературы Формирование и фокусировка векторного оптического вихря с помощью металинзы

  • Litchinitser, N.M. Structured light meets structured matter/N.M. Litchinitser//Science. -2012. -Vol. 337, Issue 6098. -P. 1054-1055. - DOI: 10.1126/science.1226204
  • Kildishev, A.V. Planar photonics with metasurfaces/A.V. Kildishev, A. Boltasseva, V.M. Shalaev//Science. -2013. -Vol. 339, Issue 6125. -1232009. - DOI: 10.1126/science.1232009
  • Zhao, Z. Metamaterials-based broadband generation of orbital angular momentum carrying vector beams/Z. Zhao, J. Wang, S. Li, A.E. Willner//Optics Letters. -2013. -Vol. 38, Issue 6. -P. 932-934. - DOI: 10.1364/OL.38.000932
  • Yi, X. Generation of cylindrical vector vortex beams by two cascaded metasurfaces/. Yi, X. Lin, Z. Zhang, Y. Li, X. Zhou, Y. Liu, S. Chen, H. Luo, S. Wen//Optics Express. -2014. -Vol. 22, Issue 14. -P. 17207-17215. - DOI: 10.1364/OE.22.017207
  • Zhao, Z. Multispectral optical metasurfaces enabled by achromatic phase transition/Z. Zhao, M. Pu, H. Gao, J. Jin, X. Li, X. Ma, Y. Wang, P. Gao, X. Luo//Scientific Reports. -2015. -Vol. 5. -15781. - DOI: 10.1038/srep15781
  • Sun, J. Spinning light on the nanoscale/J. Sun, X. Wang, T. Xu, Z.A. Kudyshev, A.N. Cartwright, N.M. Litchinitser//Nano Letters. -2014. -Vol. 14, Issue 5. -P. 2726-2729. - DOI: 10.1021/nl500658n
  • Karimi, E. Generating optical orbital angular momentum at visible wavelengths using a plasmonic metasurface/E. Karimi, S.A. Schulz, I.D. Leon, H. Qassim, J. Upham, R.W. Boyd//Light Science & Applications. -2014. -Vol. 3. -e167. - DOI: 10.1038/lsa.2014.48
  • Wang, W. Ultra-thin optical vortex phase plate based on the metasurface and the angular momentum transformation/W. Wang, Y. Li, Z. Guo, R. Li, J. Zhang, A. Zhang, S. Qu//Journal of Optics. -2015. -Vol. 17, Issue 4. -045102. - DOI: 10.1088/2040-8978/17/4/045102
  • Chong, K.E. Polarization-independent silicon metadevices for efficient optical wavefront control/K.E. Chong, I. Staube, A. James, J. Dominguez, S. Liu, S. Campione, G.S. Subramania, T.S. Luk, M. Decker, D.N. Neshev, I. Brener, Y.S. Kivshar//Nano Letters. -2015. -Vol. 15, Issue 8. -P. 5369-5374. - DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01752
  • Chen, H. A review of metasurfaces; physics and applications/H. Chen, A.J. Taylor, N. Yu//Reports on Progress in Physics. -2016. -Vol. 79, Issue 7. -076401. - DOI: 10.1088/0034-4885/79/7/076401
  • Decker, M. High-efficiency dielectric Huygens' surfaces/M. Decker, I. Staube, M. Falkner, J. Dominguez, D.N. Neshev, I. Brener, T. Pertsch, Y.S. Kivshar//Advanced Optical Materials. -2015. -Vol. 3, Issue 6. -P. 813-820. - DOI: 10.1002/adom.201400584
  • Jin, J. Generating and detection of orbital angular momentum via metasurface/J. Jin, J. Luo, X. Zhang, H. Gao, X. Li, M. Pu, P. Gao, Z. Zhao, X. Luo//Scientific Reports. -2016. -Vol. 6. -24286. - DOI: 10.1038/srep24286
  • Yue, F. Vector vortex beam generation with a single plasmonic metasurface/F. Yue, D. Wen, J. Xin, B.D. Gerardot, J. Li, X. Chen//ACS Photonics. -2016. -Vol. 3, Issue 9. -P. 1558-1563. - DOI: 10.1021/acsphotonics.6b00392
  • Mei, S. Flat helical nanosieves/S. Mei, M.Q. Mehmood, S. Hussain, K. Huang, X. Ling, S.Y. Siew, H. Liu, J. Teng, A. Danner, C. Qiu//Advanced Functional Materials. -2016. -Vol. 26, Issue 29. -P. 5225-5262. - DOI: 10.1002/adfm.201601345
  • Kruk, S. Brodband highly efficient dielectric metadevices for polarization control/S. Kruk, B. Hopkins, I.I. Kravchenko, A. Miroshnichenko, D.N. Neshev, Y.S. Kivshar//APL Photonics. -2016. -Vol. 1. -030801. - DOI: 10.1063/1.4949007
  • Wang, L. Grayscale transparent metasurface holograms/L. Wang, S. Kruk, H. Tank, T. Li, I. Kravchenko, D.N. Neshev, Y.S. Kivshar//Optica. -2016. -Vol. 3, Issue 12. -P. 1504-1505. - DOI: 10.1364/OPTICA.3.001504
  • Genevet, P. Recent advances in planar optics: from plasmonic to dielectric metasurfaces/P. Genevet, F. Capasso, F. Avieta, M. Khorasaninejad, R. Devlin//Optica. -2017. -Vol. 4, Issue 1. -P. 139-152. - DOI: 10.1364/OPTICA.4.000139
  • Huang, L. Volumetric generation of optical vortices with metasurfaces/L. Huang, X. Song, B. Reineke, T. Li, X. Li, J. Liu, S. Zhang, Y. Wang, T. Zentgraf//ACS Photonics. -2017. -Vol. 4, Issue 2. -P. 338-346. - DOI: 10.1021/acsphotonics.6b00808
  • Liu, Y. Generation of perfect vortex and vector beams based on Pancharatnam-Berry phase elements/Y. Liu, Y. Ke, J. Zhou, Y. Liu, H. Luo, S. Wen, D. Fan//Scientific Reports. -2017. -Vol. 7. -44096. - DOI: 10.1038/srep44096
  • Ting, W. Immersion meta-lenses at visible wavelengths for nanoscale imaging/W. Ting, A.Y. Zhu, M. Khorasaninejad, Z. Shi, V. Sanjeev, F. Capasso//Nano Letters. -2017. -Vol. 17, Issue 5. -P. 3188-3194. - DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00717
  • Kotlyar, V.V. Thin high numerical aperture metalens/V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev, Ch. Hu, L. O'Faolain, M.V. Kotlyar, D. Gibson, S. Song//Optics Express. -2017. -Vol. 25, Issue 7. -P. 8158-8167. - DOI: 10.1364/OE.25.008158
  • Heckenberg, N.R. Generation of optical singularities by computer-generated holograms/N.R. Heckenberg, R. McDuff, C.P. Smith, A.G. White//Optics Letters. -1992. -Vol. 17, Issue 3. -P. 221-223. - DOI: 10.1364/OL.17.000221
  • Lalanne, P. On the effective medium theory of subwavelength periodic structures/P. Lalanne, D. Lemercier-Lalanne//Journal of Modern Optics. -1996. -Vol. 43, Issue 10. -P. 2063-2085. - DOI: 10.1080/09500349608232871
  • 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
  • Sukhov, S. On the concept of "tractor beams"/S. Sukhov, A. Dogariu//Optics Letters. -2010. -Vol. 35, Issue 22. -P. 3847-3849. - DOI: 10.1364/OL.35.003847
  • Kotlyar, V.V. Analysis of the shape of a subwavelength focal spot for the linear polarized light/V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, Y. Liu, L. O’Faolain, A.A. Kovalev//Applied Optics. -2013. -Vol. 52, No. 3. -P. 330-339. - DOI: 10.1364/AO.52.000330
  • Monteiro, P.B. Angular momentum of focused beams: Beyond the paraxial approximation/P.B. Monteiro, P.A.M. Neto, H.M. Nussenzveig//Physical Review A. -2009. -Vol. 79. -0330830. - DOI: 10.1103/PhysRevA.79.033830
Еще
Статья научная