Вихревой поток энергии в остром фокусе безвихревого поля с круговой поляризацией
Автор: Котляр Виктор Викторович, Стафеев Сергей Сергеевич, Налимов Антон Геннадьевич
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 1 т.44, 2020 года.
Бесплатный доступ
С помощью формул Ричардса - Вольфа показано, что при острой фокусировке безвихревого поля с осевой симметрией (например, пучка Гаусса или пучка Бесселя - Гаусса нулевого порядка) и круговой поляризацией в фокальной плоскости формируется субволновое фокусное пятно, вокруг которого поток энергии распространяется по спирали. Это объясняется преобразованием круговой поляризации (спиновый угловой момент поля) в орбитальный угловой момент вблизи фокуса, хотя на самой оптической оси орбитальный угловой момент равен нулю. Также показано, что оптический вихрь с топологическим зарядом 2 и линейной поляризацией формирует вблизи фокальной плоскости на оптической оси обратный поток энергии (продольная компонента вектора Пойнтинга на оптической оси отрицательная), сравнимый с прямым потоком.
Формулы ричардса-вольфа, связь спиновый угловой момент, орбитальный угловой момент, обратный поток энергии, линейная поляризация, круговая поляризация
Короткий адрес: https://sciup.org/140247074
IDR: 140247074 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-582
Список литературы Вихревой поток энергии в остром фокусе безвихревого поля с круговой поляризацией
- Irvine, W.T.M. Linked and knotted beams of light / W.T.M. Irvine, D. Bouwmeester // Nature Physics. - 2008. - Vol. 4, Issue 9. - P. 716-720.
- Sugic, D. Singular knot bundle in light / D. Sugic, M.R. Dennis // Journal of the Optical Society of America A. - 2018. - Vol. 35, Issue 12. - P. 1987-1999.
- Larocque, H. Reconstructing the topology of optical polarization knots / H. Larocque, D. Sugic, D. Mortimer, A.J. Taylor, R. Fickler, R.W. Boyd, M.R. Dennis, E. Kaiimi // Nature Physics. - 2018. - Vol. 14, Issue 11. - P. 1079-1082.
- 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.
- Volyar, A.V. Nonparaxial Gausian beams: 1. Vector fields / A.V. Volyar // Technical Physics Letters.- 2000.-Vol. 26, Issue 7. - P. 573-575.
- Kotlyar, V.V. Reverse and toroidal flux of light fields with both phase and polarization higher-order singularities in the sharp focus area / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, A.A. Kovalev // Optics Express. - 2019. - Vol. 27, Issue 12. - P. 1668916702. -
- DOI: 10.1364/OE.27.016689
- Kotlyar, V.V. Radial dependence of the angular momentum density of a paraxial optical vortex / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.P. Porfirev // Physical Review A. - 2018. - Vol. 97, Issue 5. -053833. -
- DOI: 10.1103/PhysRevA.97.053833
- Kotlyar, V.V. Energy density and energy flux in the focus of an optical vortex: reverse flux of light energy / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.G. Nalimov // Optics Letters. - 2018. - Vol. 43, Issue 12. - P. 2921-2924. -
- DOI: 10.1364/OL.43.002921
- Kotlyar, V.V. Energy backflow in the focus of a light beam with phase or polarization singularity / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, A.G. Nalimov // Physical Review A. - 2019. - Vol. 99, Issue 3. -033840. -
- DOI: 10.1103/PhysRevA.99.033840
- Aiello, A. From transverse angular momentum to photonic wheels / A. Aiello, P. Banzer, M. Neugebauer, G. Leuchs // Nature Photonics. - 2015. - Vol. 9. - P. 789-795. -
- DOI: 10.1038/NPHOTON.2015.203
- Bauer, T. Optical polarization Mobius strips and points of purely transverse spin density / T. Bauer, M. Neugebauer, G. Leuchs, P. Banzer // Physical Review Letters. - 2016. - Vol. 117, Issue 1. - 013601. -
- DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.013601
- Eismann, J.S. Spin-orbit coupling and the evolution of transverse spin [Electronical Resource] / J.S. Eismann, P. Banzer, M. Neugebauer // arXiv:1905.12539v1 [phys-ics.optics]. - URL: arxiv.org/abs/1905.12539 (request date 9.09.2019).
- Hao, X. Phase encoding for sharper focus of the azimuthally polarized beam / X. Hao, C. Kuang, T. Wang, X. Liu // Optics Letters. - 2010. - Vol. 35, Issue 23. - P. 3928-3930. -
- DOI: 10.1364/OL.35.003928
- Qin, F. Shaping a subwavelength needle with ultra-long focal length by focusing azimuthally polarized light / F. Qin, K. Huang, J. Wu, J. Jiao, X. Luo, C. Qiu, M. Hong // Scientific Reports. - 2015. - Vol. 5. - 09977. -
- DOI: 10.1038/srep09977
- Wang, S. Ultralong pure longitudinal magnetization needle induced by annular vortex binary optics / S. Wang, X. Li, J. Zhou, M. Gu // Optics Letters. - 2014. - Vol. 39. -P. 5022-5025.
- Yuan, G.H. Nondiffracting transversally polarized beam / G.H. Yuan, S.B. Wei, X.-C. Yuan // Optics Letters. - 2011. - Vol. 36, Issue 17. - P. 3479-3481. -
- DOI: 10.1364/OL.36.003479
- Suresh, P. Generation of a strong uniform transversely polarized nondiffracting beam using a high-numerical-aperture lens axicon with a binary phase mask / P. Suresh, C. Mariyal, K.B. Rajesh, T.V.S. Pillai, Z. Jaroszewicz // Applied Optics. - 2013. - Vol. 52, Issue 4. - P. 849-853. -
- DOI: 10.1364/AO.52.000849
- Anita, G.Th. Effect of coma on tightly focused cylindrically polarized vortex beams / G.Th. Anita, N. Umamageswari, K. Prabakaran, T.V.S. Pillai, K.B. Rajesh // Optics and Laser Technology. - 2016. - Vol. 76. - P. 1-5. -
- DOI: 10.1016/j.optlastec.2015.07.002
- Yuan, G.H. Generation of nondiffracting quasi-circular polarization beams using an amplitude modulated phase hologram / G.H. Yuan, S.B. Wei, X.-C. Yuan // Journal of the Optical Society of America A. - 2011. - Vol. 28, Issue 8. -P. 1716-1720. -
- DOI: 10.1364/JOSAA.28.001716
- Chen, Z. 4Pi focusing of spatially modulated radially polarized vortex beams / Z. Chen, D. Zhao // Optics Letters. -2012. - Vol. 37, Issue 8. - P. 1286-1288. -
- DOI: 10.1364/OL.37.001286
- Ndagano, B. Beam quality measure for vector beams / B. Ndagano, H. Sroor, M. McLaren, C. Rosales-Guzman, A. Forbes // Optics Letters. - 2016. - Vol. 41, Issue 15. -P. 3407-3410. -
- DOI: 10.1364/OL.41.003407
- Berry, M.V. Optical currents / M.V. Berry // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2009. - Vol. 11. - 094001.
- 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: 10.18287/2412-6179-2017-41-5645-654
- 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. - 033830. -
- DOI: 10.1103/PhysRevA.79.033830
- 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: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. - 1959. - Vol. 253, Issue 1274. - P. 358-379. - Котляр В.В., Стафеев С.С., Налимов А.Г. Вихревой поток энергии в остром фокусе безвихревого поля с круговой поляризацией
- DOI: 10.1098/rspa.1959.0200
- Youngworth, K.S. Focusing of high numerical aperture cylindrical-vector beams / K.S. Youngworth, T.G. Brown // Optics Express. - 2000. - Vol. 7. - P. 77-87.
- Bliokh, K.Y. Extraordinary momentum and spin in evanescent waves / K.Y. Bliokh, A.Y. Bekshaev, F. Nori // Nature Communications. - 2014. - Vol. 5. - 3300. -
- DOI: 10.1038/ncomms4300
- Bekshaev, A. Internal flows and energy circulation in light beams / A. Bekshaev, K.Y. Bliokh, M. Soskin // Journal of Optics. -2011. - Vol. 13, Issue 5. - 053001.
Статья научная
