Сравнение фокусировки коротких импульсов в приближении Дебая

Сравнение фокусировки коротких импульсов в приближении Дебая

Автор: Хонина Светлана Николаевна, Устинов Андрей Владимирович, Волотовский Сергей Геннадьевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 3 т.42, 2018 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрены различные типы импульсов и свойства их частотных спектров. Расчёты показали, что существенное различие между импульсами начинается только при очень малых длительностях (менее периода осцилляции). В этом случае импульс Гаусса становится нефизичным и нужно использовать другие типы импульсов, например, импульс Пуассона. Выполнено сравнительное моделирование фокусировки коротких импульсов апланатическим объективом при различных состояниях поляризации и порядках вихревой сингулярности в приближении Дебая. Показано, что для субцикличного импульса Пуассона, имеющего значительную энергию в высоких частотах, состояние поляризации и наличие вихревой фазовой сингулярности существенно влияет на распределение в фокальной области.

Еще

Короткие импульсы, частотный спектр, фокусировка импульсов, острая фокусировка, апланатический объектив, приближение дебая

Короткий адрес: https://sciup.org/140228747

IDR: 140228747   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-3-432-446

Список литературы Сравнение фокусировки коротких импульсов в приближении Дебая

  • Wright, L.G. Controllable spatiotemporal nonlinear effects in multimode fibres/L.G. Wright, D.N. Christodoulides, F.W. Wise//Nature Photonics. -2015. -Vol. 9. -P. 306-310. - DOI: 10.1038/nphoton.2015.61
  • Liu, W. 70-fs mode-locked erbium-doped fiber laser with topological insulator/W. Liu, L. Pang, H. Han, W. Tian, H. Chen, M. Lei, P. Yan, Z. Wei//Scientific Reports. -2016. -Vol. 6. -19997. - DOI: 10.1038/srep19997
  • Danson, C. Petawatt class lasers worldwide/C. Danson, D. Hillier, N. Hopps, D. Neely//High Power Laser Science and Engineering. -2015. -Vol. 3. -E3. - DOI: 10.1017/hpl.2014.52
  • Бевзенко, И.Г. Исследование поведения сверхкоротких импульсов в многопроводных структурах с неоднородным диэлектрическим заполнением/И.Г. Бевзенко//Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. -2016. -Т. 252, № 4. -С. 7-18. - DOI: 10.5862/JCSTCS.252.1
  • April, A. Ultrashort, strongly focused laser pulses in free space/A. April. -In book: Coherence and ultrashort pulse laser emission/ed. by F.J. Duarte. -Chapter 16. -InTech, 2010. -P. 355-382. -ISBN: 978-953-307-242-5.
  • Wong, L.J. Improved beam waist formula for ultrashort, tightly-focused linearly, radially, and azimuthally polarized laser pulses in free space/L.J. Wong, F.X. Kärtner, S.G. Johnson//Optics Letters. -2014. -Vol. 39, Issue 5. -P. 1258-1261. - DOI: 10.1364/OL.39.001258
  • Li, X. Fields of an ultrashort tightly focused laser pulse/X. Li, Y.I. Salamin, K.Z. Hatsagortsyan, C.H. Keitel//Journal of the Optical Society of America B. -2016. -Vol. 33, Issue 3. -P. 405-411. - DOI: 10.1364/JOSAB.33.000405
  • Feng, S. Spatiotemporal structure of isodiffracting ultrashort electromagnetic pulses/S. Feng, H.G. Winful//Physical Review E. -2000. -Vol. 61, Issue 1. -P. 862-873. - DOI: 10.1103/PhysRevE.61.862
  • Porras, M.A. Nonsinusoidal few-cycle pulsed light beams in free space/M.A. Porras//Journal of the Optical Society of America B. -1999. -Vol. 16, Issue 9. -P. 1468-1474. - DOI: 10.1364/JOSAB.16.001468
  • Khonina, S.N. Ultrafast rotating dipole or propeller-shaped patterns: subwavelength shaping of a beam of light on a femtosecond time scale/S.N. Khonina, I. Golub//Optics Letters. -2016. -Vol. 41, Issue 7. -P. 1605-1607. - DOI: 10.1364/OL.41.001605
  • Khonina, S.N. Time behavior of focused vector beams/S.N. Khonina, I. Golub//Journal of the Optical Society of America A. -2016. -Vol. 33, Issue 10. -P. 1948-1954. - DOI: 10.1364/JOSAA.33.001948
  • Venkatakrishnanetal, T. Interconnect microvia drilling with a radially polarized laser beam/T. Venkatakrishnanetal, B. Tan//Journal of Micromechanics and Microengineering. -2006. -Vol. 16(12). -2603. - DOI: 10.1088/0960-1317/16/12/013
  • Omatsu, T. Metal microneedle fabrication using twisted light with spin/T. Omatsu, K. Chujo, K. Miyamoto, M. Okida, K. Nakamura, N. Aoki, R. Morita//Optics Express. -2010. -Vol. 18, Issue 17. -P. 17967-17973. - DOI: 10.1364/OE.18.017967
  • Hnatovsky, C. Materials processing with a tightly focused femtosecond laser vortex pulse/C. Hnatovsky, V.G. Shvedov, W. Krolikowski, A.V. Rode//Optics Letters. -2010. -Vol. 35, Issue 20. -P. 3417-3419. - DOI: 10.1364/OL.35.003417
  • Cheng, J. A review of ultrafast laser materials micromachining/J. Cheng, C. Liu, S. Shang, D. Liu, W. Perrie, G. Dearden, K. Watkins//Optics and Laser Technology. -2013. -Vol. 46. -P. 88-102. - DOI: 10.1016/j.optlastec.2012.06.037
  • Заярный, Д.А. Наномасштабные процессы кипения при одноимпульсной фемтосекундной лазерной абляции золотых плёнок/Д.А. Заярный, А.А. Ионин, С.И. Кудряшов, С.В. Макаров, А.А. Руденко, С.Г. Бежанов, С.А. Урюпин, А.П. Канавин, В.И. Емельянов, С.В. Алферов, С.Н. Хонина, С.В. Карпеев, А.А. Кучмижак, О.Б. Витрик, Ю.Н. Кульчин//Письма в ЖЭТФ. -2015. -Т. 101, Вып. 6. -C. 428-432. - DOI: 10.7868/S0370274X15060077
  • Syubaev, S. Direct laser printing of chiral plasmonic nanojets by vortex beams/S. Syubaev, A. Zhizhchenko, A. Kuchmizhak, A. Porfirev, E. Pustovalov, O. Vitrik, Yu. Kulchin, S. Khonina, S. Kudryashov//Optics Express. -2017. -Vol. 25, Issue 9. -P. 10214-10223. - DOI: 10.1364/OE.25.010214
  • Saito, Y. z-Polarization sensitive detection in micro-Raman spectroscopy by radially polarized incident light/Y. Saito, M. Kobayashi, D. Hiraga, K. Fujita, S. Kawano, N.I. Smith, Y. Inouye, S. Kawata//Journal of Raman Spectroscopy. -2008. -Vol. 39, Issue 11. -P. 1643-1648. - DOI: 10.1002/jrs.1953
  • Chen, Y.-H. Direct measurement of the electron density of extended femtosecond laser pulse-induced filaments/Y.-H. Chen, S. Varma, T.M. Antonsen, H.M. Milchberg//Physical Review Letters. -2010. -Vol. 105. -215005. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.215005
  • Belgiorno, F. Hawking radiation from ultrashort laser pulse filaments/F. Belgiorno, S.L. Cacciatori, M. Clerici, V. Gorini, G. Ortenzi, L. Rizzi, E. Rubino, V.G. Sala, D. Faccio//Physical Review Letters. -2010. -Vol. 105. -203901. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.203901
  • Okamuro, K. Laser fluence dependence of periodic grating structures formed on metal surfaces under femtosecond laser pulse irradiation/K. Okamuro, M. Hashida, Y. Miyasaka, Y. Ikuta, Sh. Tokita, Sh. Sakabe//Physical Review B. -2010. -Vol. 82, Issue 16. -165417. - DOI: 10.1103/PhysRevB.82.165417
  • Zimmermann, F. Ultrashort laser pulse induced nanogratings in borosilicate glass/F. Zimmermann, A. Plech, S. Richter,//Applied Physics Letters. -2014. -Vol. 104, Issue 21. -211107. - DOI: 10.1063/1.4880658
  • Kuchmizhak, A. On-fly femtosecond-laser fabrication of self-organized plasmonic nanotextures for chemo-and biosensing applications/A. Kuchmizhak, E. Pustovalov, S. Syubaev, O. Vitrik, Y. Kulchin, A. Porfirev, S. Khonina, S.I. Kudryashov, P. Danilov, A. Ionin//ACS Applied Materials and Interfaces. -2016. -Vol. 8, Issue 37. -P. 24946-24955. - DOI: 10.1021/acsami.6b07740
  • Kuchmizhak, A.A. Multi-beam pulsed-laser patterning of plasmonic films using broadband diffractive optical elements/A.A. Kuchmizhak, A.P. Porfirev, S.A. Syubaev, P.A. Danilov, A.A. Ionin, O.B. Vitrik, Yu.N. Kulchin, S.N. Khonina, S.I. Kudryashov//Optics Letters. -2017. -Vol. 42, Issue 14. -P. 2838-2841. - DOI: 10.1364/OL.42.002838
  • Syubaev, S. Zero-orbital-angular-momentum laser printing of chiral nanoneedles/S. Syubaev, A. Porfirev, A. Zhizhchenko, O. Vitrik, S. Kudryashov, S. Fomchenkov, S. Khonina, A. Kuchmizhak//Optics Letters. -2017. -Vol. 42, Issue 23. -P. 5022-5025. - DOI: 10.1364/OL.42.005022
  • Agate, B. Femtosecond optical tweezers for in-situ control of two-photon fluorescence/B. Agate, C.T.A. Brown, W. Sibbett, K. Dholakia//Optics Express. -2004. -Vol. 12, Issue 13. -P. 3011-3017. - DOI: 10.1364/OPEX.12.003011
  • Wang, L.-G. Dynamic radiation force of a pulsed Gaussian beam acting on a Rayleigh dielectric sphere/L.-G. Wang, C.-L. Zhao//Optics Express. -2007. -Vol. 15, Issue 17. -P. 10615-10621. - DOI: 10.1364/OE.15.010615
  • Caron, C.F.R. Free-space propagation of ultrashort pulses: space-time couplings in Gaussian pulse beams/C.F.R. Caron, R.M. Potvliege//Journal of Modern Optics. -1999. -Vol. 46, Issue 13. -P. 1881-1891. - DOI: 10.1080/09500349908231378
  • April, A. Tightly focused, ultrafast TM01 laser pulses/A. April//Proceedings of SPIE. -2009. -Vol. 7386. -73862X. - DOI: 10.1117/12.838383
  • Ziolkowski, R.W. Localized transmission of electromagnetic energy/R.W. Ziolkowski//Physical Review A. -1989. -Vol. 39. -P. 2005-2033. - DOI: 10.1103/PhysRevA.39.2005
  • Cai, X.-M. Electron acceleration by subcycle pulsed focused vector beams/X.-M. Cai, J.-Y. Zhao, Q. Lin, J.-L. Luo//Journal of the Optical Society of America B. -2016. -Vol. 33, Issue 2. -P. 158-164. - DOI: 10.1364/JOSAB.33.000158
  • Richards, B. Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic system/B. Richards, E. Wolf//Proceedings of the Royal Society A. -1959. -Vol. 253, Issue 1274. -P. 358-379. - DOI: 10.1098/rspa.1959.0200
  • Miloševic, D.B. Above-threshold ionization by few-cycle pulses/D.B. Miloševic, G.G. Paulus, D. Bauer, W. Becker/Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. -2006. -Vol. 39(14). -P. R203-R262. - DOI: 10.1088/0953-4075/39/14/R01
  • Фемтосекундная оптика: Учебно-методическое пособие/Д.А. Яшунин, Ю.А. Мальков, С.Б. Бодров. -Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2014. -40 с.
  • Khonina, S.N. Simple phase optical elements for narrowing of a focal spot in high-numerical-aperture conditions/S.N. Khonina//Optical Engineering. -2013. -Vol. 52, Issue 9. -091711. - DOI: 10.1117/1.OE.52.9.091711
  • Feng, S. Gouy shift and temporal reshaping of focused single-cycle electromagnetic pulses/S. Feng, H.G. Winful, R.W. Hellwarth//Optics Letters. -1998. -Vol. 23, Issue 5. -P. 385-387. - DOI: 10.1364/OL.23.000385
  • Dorn, R. Sharper focus for a radially polarized light beam/R. Dorn, S. Quabis, G. Leuchs//Physical Review Letters. -2003. -Vol. 91, Issue 23. -233901. - DOI: 10.1103/PhysRevLett.91.233901
  • Khonina, S.N. Enlightening darkness to diffraction limit and beyond: comparison and optimization of different polarizations for dark spot generation/S.N. Khonina, I. Golub//Journal of the Optical Society of America A. -2012. -Vol. 29, Issue 7. -P. 1470-1474. - DOI: 10.1364/JOSAA.29.001470
  • Huse, N. Z-polarized confocal microscopy/N. Huse, A. Schönle, S.W. Hell//Journal of Biomedical Optics. -2001. -Vol. 6, Issue 3. -P. 273-276. - DOI: 10.1117/1.1382610
  • Pereira, S.F. Superresolution by means of polarisation, phase and amplitude pupil masks/S.F. Pereira, A.S. van de Nes//Optics Communications. -2004. -Vol. 234, Issues 1-6. -P. 119-124. - DOI: 10.1016/j.optcom.2004.02.020
  • Khonina, S.N. Optimization of focusing of linearly polarized light/S.N. Khonina, I. Golub//Optics Letters. -2011. -Vol. 36, Issue 3. -P. 352-354. - DOI: 10.1364/OL.36.000352
  • Saari, P. Pulsed Bessel beams/P. Saari, H. Sonajalg//Laser Physics. -1997. -Vol. 7, No. 1. -P. 32-39.
  • Sheppard, C.J.R. Bessel pulse beams and focus wave modes/C.J.R. Sheppard//Journal of the Optical Society of America A. -2001. -Vol. 18, Issue 10. -P. 2594-2600. - DOI: 10.1364/JOSAA.18.002594
  • Khonina, S.N. Experimental demonstration of the generation of the longitudinal E-field component on the optical axis with high-numerical-aperture binary axicons illuminated by linearly and circularly polarized beams/S.N. Khonina, S.V. Karpeev, S.V. Alferov, D.A. Savelyev, J. Laukkanen, J. Turunen//Journal of Optics. -2013. -Vol. 15, Issue 8. -085704. - DOI: 10.1088/2040-8978/15/8/085704
  • Khonina, S.N. Narrowing of a light spot at diffraction of linearly-polarized beam on binary asymmetric axicons/S.N. Khonina, D.V. Nesterenko, A.A. Morozov, R.V. Skidanov, V.A. Soifer//Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). -2012. -Vol. 21, Issue 1. -P. 17-26. - DOI: 10.3103/S1060992X12010043
  • Khonina, S.N. Vortex phase transmission function as a factor to reduce the focal spot of high-aperture focusing system/S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy, S.G. Volotovsky//Journal of Modern Optics. -2011. -Vol. 58, Issue 9. -P. 748-760. - DOI: 10.1080/09500340.2011.568710
  • Khonina, S.N. Tighter focus for ultrashort pulse vector light beams: Change of the relative contribution of different field components to the focal spot upon pulse shortening/S.N. Khonina, I. Golub//Journal of the Optical Society of America A. -2018. -Vol. 35, Issue 6. -P. 985-991. - DOI: 10.1364/JOSAA.35.000985
Еще
Статья научная
SciUp 2024 © 2024 ©