Обратный поток энергии у непараксиального оптического вихря в ближней зоне

Автор: Котляр Виктор Викторович, Ковалв Алексей Андреевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 1 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

В работе на основе разложения по плоским волнам получены все шесть проекций векторов напряжённости электрического и магнитного поля для оптического вихря с произвольным целым топологическим зарядом с эллиптической поляризацией. Получены также выражения для распределения интенсивности и проекций вектора Пойнтинга в начальной плоскости этого оптического вихря. В частном случае узкого углового спектра плоских волн (пучок Бесселя) и круговой поляризации показано, что при наличии в начальном световом поле неоднородных затухающих волн вблизи оптической оси может возникать обратный поток световой энергии. Также показано, что в начальной плоскости имеет место эффект «углового трактора», когда на разных радиусах относительно оптической оси поперечный поток энергии вращается по часовой и против часовой стрелки. С помощью полученных общих выражений можно анализировать особенности светового потока и для других известных точных решений уравнения Максвелла.

Еще

Оптический вихрь, угловой спектр плоских волн, затухающие волны, вектор пойнтинга, обратный поток мощности, оптический трактор

Короткий адрес: https://sciup.org/140243268

IDR: 140243268   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-54-62

Список литературы Обратный поток энергии у непараксиального оптического вихря в ближней зоне

  • Diekmann, R. Nanoscopy of bacterial cells immobilized by holographic optical tweezers/R. Diekmann, D.L. Wolfson, C. Spahn, M. Heilemann, M. Schuttpelz, T. Huser//Nature Communications. -2016. -Vol. 7. -13711. - DOI: 10.1038/ncomms13711
  • Mitri, F.C. Optical tractor Bessel polarized beams/F.C. Mitri, R.X. Li, L.X. Guo, C.Y. Ding//Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. -2017. -Vol. 187. -P. 97-115. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2016.09.023
  • Wilk, S.R. The pull of the tractor beam/S.R. Wilk//Optics and Photonics News. -2009. -Vol. 20. -P. 12-15.
  • Pfeiffer, C. Generating stable tractor beams with dielectric metasurfaces/C. Pfeiffer, A. Grbic//Physical Review B. -2015. -Vol. 91, Issue 11. -115408. - DOI: 10.1103/PhysRevB.91.115408
  • Mitri, F.C. Superposition of nonparaxial vectorial complex-source spherically focused beams: Axial Pointing singularity and reverse propagation/F.C. Mitri//Physical Review A. -2016. -Vol. 94, Issue 2. -023801. - DOI: 10.1103/PhysRevA.94.023801
  • Salem, M.A. Energy flow characteristics of vector X-waves/M.A. Salem, H. Bağci//Optics Express. -2011. -Vol. 19, Issue 9. -P. 8526-8532. -
  • DOI: 10.1364/OE.19.008526
  • Yuan, G.H. Gigantic wavevectors and energy backflow in the focus of a superoscillatory lens/G.H. Yuan, N. Zheludev//2017 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC). -
  • DOI: 10.1109/CLEOE-EQEC.2017.8087772
  • 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
  • Wang, R. Subwavelength gold grating as polarizers integrated with InP-based InGaAs sensors/R. Wang, T. Li, X. Shao, X. Li, X. Huang, J. Shao, Y. Chen, H. Gong//ACS Applied Materials and Intefaces. -2015. -Vol. 7, Issue 26. -P. 14471-14476. -
  • DOI: 10.1021/acsami.5b03679
  • Kotlyar, V.V. High resolution through gradient-index microoptics/V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev//Advances in Optical Technoljgies. -2012. -Vol. 2012. -647165. -
  • DOI: 10.1155/2012/647165
  • 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, Issue 3. -P. 330-339. -
  • DOI: 10.1364/AO.52.000330
  • Čižmár, T. An optical nanotrap array movable over a millimetre range/T. Čižmár, M. Šiler, P. Zemánek//Applied Physics B. -2006. -Vol. 84, Issues 1-2. -P. 197-203. -
  • DOI: 10.1007/s00340-006-2221-2
  • Schouten, H.F. Optical vortices near sub-wavelength structures/H.F. Schouten, T.D. Visser, D. Lenstra//Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics. -2004. -Vol. 6, Issue 5. -P. S404-S409. -
  • DOI: 10.1088/1464-4266/6/5/031
  • Braunbek, W. Einzelheiten zur Halbebenen-Beugung/W. Braunbek, G. Laukien//Optik. -1952. -Vol. 9. -P. 174-179.
  • Novitsky, A.V. Negative propagation of vector Bessel beams/A.V. Novitsky, D.V. Novitsky//Journal of the Optical Society of America A. -2012. -Vol. 24, Issue 9. -P. 2844-2849. -
  • DOI: 10.1364/JOSAA.24.002844
  • Mitri, F.G. Reverse propagation and negative angular momentum density flux of an optical nondiffracting nonparaxial fractional Bessel vortex beam of progressive waves/F.G. Mitri//Journal of the Optical Society of America A. -2016. -Vol. 33, Issue 9. -P. 1661-1667. -
  • DOI: 10.1364/JOSAA.33.001661
  • Vaveliuk, P. Negative propagation effect in nonparaxial Airy beams/P. Vaveliuk, O. Martinez-Matos//Optics Express. -2012. -Vol. 20, Issue 24. -P. 26913-26921. -
  • DOI: 10.1364/OE.20.026913
  • Richards, B. Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic systems/B. Richards, E. Wolf//Proceedings of The Royal Society A. -1959. -Vol. 253, Issue 1274. -P. 358-379. -
  • DOI: 10.1098/rspa.1959.0200
  • Игнатовский, В.С. Дифракция объектива при любом отверстии/В.С. Игнатовский//Труды ГОИ. -Петроград. -1919. -Т. 1. -С. 1-36.
  • Karman, G.P. Creation and annigilation of phase singularities in a focal field/G.P. Karman, M.W. Beijersbergen, A. van Duijl, J.P. Woerdman//Optics Letters. -1997. -Vol. 22, Issue 9. -P. 1503-1505. -
  • DOI: 10.1364/OL.22.001503
  • Berry, M.V. Wave dislocation reactions in non-paraxial Gaussian beams/M.V. Berry//Journal of Modern Optics. -1998. -Vol. 45, Issue 9. -P. 1845-1858. -
  • DOI: 10.1080/09500349808231706
  • Volyar, A.V. Nonparaxial Gausian beams. 1. Vector fields/A.V. Volyar//Technical Physics Letters. -2000. -Vol. 26, Issue 7. -P. 573-575. -
  • DOI: 10.1134/1.1262917
  • Volyar, A.V. The structure of a nonparaxial Gaussian beam near the focus. II. Optical vortices/A.V. Volar, V.G. Shvedov, T.A. Fadeeva//Optics and Spectroscopy. -2001. -Vol. 90, Issue 1. -P. 93-100. -
  • DOI: 10.1134/1.1343551
  • Котляр, В.В. Формирование и фокусировка векторного оптического вихря с помощью металинзы/В.В. Котляр, А.Г. Налимов//Компьютерная оптика. -2017. -Т. 41, № 5. -С. 645-654. -
  • DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-645-654
  • 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, Issue 3. -033830. -
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.79.033830
  • Dogariu, A. Optically induced 'negative forces'/A. Dogariu, S. Sukhov, J.J. Saenz//Nature Photonics. -2012. -Vol. 7. -P. 24-27. -
  • DOI: 10.1038/nphoton.2012.315
  • Shvedov, V. A long-range polarization-controlled optical tractor beam/V. Shvedov, A.R. Davoyan, C. Hnatovsky, N. Engheta, W. Krolikowski//Nature Photonics. -2014. -Vol. 8. -P. 846-850. -
  • DOI: 10.1038/nphoton.2014.242
  • Миллер, У. Симметрия и разделение переменных/У. Миллер. -Мир, Москва, 1981. -343 c.
  • 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
  • Merlin, R. Radiationless electromagnetic interference: evanescent-field lenses and perfect focusing/R. Merlin//Science. -2007. -Vol. 317, Issue 5840. -P. 927-929. -
  • DOI: 10.1126/science.1143884
  • Grbic, A. Near-field plates: subdiffraction focusing with patterned surfaces/A. Grbic, L. Jiang, R. Merlin//Science. -2008. -Vol. 320, Issue 5875. -P. 511-513. -
  • DOI: 10.1126/science.1154753
Еще
Статья научная