Анализ дифракции лазерного излучения на аксиконе с числовой апертурой выше предельной
Устинов А.В., Хонина С.Н.

Аннотация:
В работе выполнен теоретический анализ дифракции плоской волны на аксиконе в зоне затухающих волн. Полученные аналитические оценки качественно согласуются с результатами численного моделирования в рамках скалярной непараксиальной волновой модели.

Ключевые слова :
аксикон, предельная числовая апертура, затухающие волны.

Литература:

  1. McLeod, J.H. The axicon: a new type of optical element / J.H. McLeod // Journal of the Optical Society of America. - 1954. - V. 44. - P. 592-597.
  2. Durnin, J. Diffraction-free beams / J. Durnin, J.J. Miceli, Jr. and J.H. Eberly // Physical Review Letters. - 1987. - V. 58. - P. 1499-1501.
  3. McGloin, D. Bessel beams: diffraction in a new light / D. McGloin and K. Dholakia // Contemporary Physics. - 2005. - V. 46(1). - P. 15-28.
  4. Jaroszewicz, Z. Axicon - the most important optical element / Z. Jaroszewicz, A. Burvall, A.T. Friberg // Optics & Photonics News, April 2005.
  5. Arlt, J. Optical micromanipulation using a Bessel light beam / J. Arlt, V. Garces-Chavez, W. Sibbett and K. Dholakia // Optics Communications. - 2001. - V. 197. - P. 239-245.
  6. Garces-Chavez, V. Simultaneous micromanipulation in multiple planes using a self-reconstructing light beam / V. Garces-Chavez, D. McGloin, H. Melville, W. Sibbett and K. Dholakia // Nature. - 2002. - V. 419. - P. 145-147.
  7. Сойфер, В.А. Оптическое манипулирование микрообъектами: достижения и новые возможности, порождённые дифракционной оптикой / В.А. Сойфер, В.В. Котляр, С.Н. Хонина // Физика элементарных частиц и атомного ядра. - 2004. - Т. 35(6). - P. 1368-1432.
  8. Ding, Z. High-resolution optical coherence tomography over a large depth range with an axicon lens / Z. Ding, H. Ren, Y. Zhao, J.S. Nelson and Z. Chen // Optics Letters. - 2002. - V. 27. - P. 243-245.
  9. Lee, K. Bessel beam spectral-domain high-resolution optical coherence tomography with micro-optic axicon providing extended focusing range / K. Lee and J. Rolland // Optics Letters. - 2008. - V. 33. - P. 1696-1698.
  10. Котляр, В.В. Бесконтактное прецизионное измерение линейных смещений с использованием ДОЭ, формирующих моды Бесселя / В.В. Котляр, Р.В. Скиданов, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 2001. - № 21. - C. 102-104.
  11. Fortin, M. Optical tests with Bessel beam interferometry / M. Fortin, M. Piché and E.F. Borra // Optics Express. -2004. - V. 2, issue 24. - P. 5887-5895.
  12. Turunen, J. Holographic generation of diffraction-free beams / J. Turunen, A. Vasara and A.T. Friberg // Applied Optics. - 1988. - V. 27. - P. 3959-3962.
  13. Arlt, J. Optical dipole traps and atomic waveguides based on Bessel light beams / J. Arlt [et al.] // Physical Review. - 2001. - V. 63. - P. 063602.
  14. Cizmar, T. An optical nanotrap array movable over a milimetre range / T. Cizmar, M. Siler, P. Zemanek // Applied Physics B. - 2006. - V. 84. - P. 197-203.
  15. 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. - V. 21(1). - P. 17-26.
  16. 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. - V. 15. - P. 085704 (9 p).
  17. Vahimaa, P. Electromagnetic analysis of nonparaxial Bessel beams generated by diffractive axicons / Pasi Vahimaa, Ville Kettunen, Markku Kuittinen, Jari Turunen and Ari T. Friberg // Journal of the Optical Society of America A. - 1997. - V. 14(8). - P. 1817-1824.
  18. Zhang, Y. Vector propagation of radially polarized Gaussian beams diffracted by an axicon / Y. Zhang, L. Wang, C. Zheng // Journal of the Optical Society of America A. - 2005. - V. 22(11). - P. 2542-2546.
  19. Котляр, В.В. Моделирование острой фокусировки радиально-поляризованной лазерной моды с помощью конического и бинарного микроаксиконов / В.В. Котляр, С.С. Стафеев // Компьютерная оптика. - 2009. - Т. 33, № 1. - С. 52-60.
  20. Хонина, С.Н. Дифракция на бинарных микроаксиконах в ближней зоне / С.Н. Хонина, Д.А. Савельев, П.Г. Серафимович, И.А. Пустовой // Оптический журнал. - 2012. - Т. 79, № 10. - С. 22-29.
  21. Totzeck, M. Validity of the scalar Kirchhoff and Rayleigh-Sommerfeld diffraction theories in the near field of small phase objects // Journal of the Optical Society of America A. - 1991. - V. 8(1). - P. 27-32.
  22. Tsoy, V.I. The use of Kirchho? approach for the calculation of the near ?eld amplitudes of electromagnetic ?eld / V.I. Tsoy, L.A. Melnikov // Optics Communications. - 2005. - V. 256. - P. 1-9.
  23. Устинов, А.В. Обобщённая линза: анализ осевого и поперечного распределения / А.В. Устинов, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 2013. - Т. 37, № 3. - С. 307-315.
  24. Хонина, С.Н. Распространение радиально-ограниченных вихревых пучков в ближней зоне. Часть I. Алгоритмы расчёта / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, А.А. Ковалёв, С.Г. Волотовский // Компьютерная оптика. - 2010. - Т. 34, № 3. - С. 317-332.
  25. Хонина, С.Н. Дифракция на бинарных микроаксиконах в ближней зоне / С.Н. Хонина, Д.А. Савельев, П.Г. Серафимович, И.А. Пустовой // Оптический журнал. - 2012. - Т. 79, № 10. - С. 22-29.
  26. Устинов, А.В. Расчёт комплексной функции пропускания рефракционных аксиконов / А.В. Устинов, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 2011. - Т. 35, № 4. - С. 480-490.
  27. Born, M. Principles of Optics / M. Born, E. Wolf - 6th ed. - Oxford: Pergamon, 1980. - Chap. 8.3.
  28. Устинов, А.В. Анализ дифракции плоского пучка на рассеивающем фраксиконе в непараксиальном режиме / А.В. Устинов, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 2014. - Т. 38, № 1. - С. 42-50.
  29. Диткин, В.А. Интегральные преобразования и операционное исчисление / В.А. Диткин, А.П. Прудников. - М.: Физматлит, 1961. - Главы VII, VIII.
  30. Устинов, А.В. Сравнительный анализ параболической линзы и аксикона в моделях геометрической и скалярной параксиальной оптики / А.В. Устинов, А.В. Карсаков, С.Н. Хонина // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). - 2012. - № 4(35). - C. 230-239.
  31. Khonina, S.N. Controlling the contribution of the electric ?eld components to the focus of a high-aperture lens using binary phase structures / S.N. Khonina, S.G. Volotovsky // Journal of the Optical Society of America A. - 2010. - V. 27(10). - P. 2188-2197.
  32. Huse, N. Z-polarized confocal microscopy / N. Huse, A. Schonle, and S. W. Hell // Journal of Biomedical Optics. - 2001. - V. 6. - P. 273-276.
  33. Grosjean, T. Photopolymers as vectorial sensors of the electric field / T. Grosjean and D. Courjon // Opt. Express. - 2006. - V. 14. - P. 2203-2210.
  34. Dedecker, P. Orientational effects in the excitation and de-excitation of single molecules interacting with donut-mode laser beams / P. Dedecker, B. Muls, J. Hofkens, J. Enderlein, and J.-I. Hotta // Optics Express - 2007. - V. 15. - P. 3372-3383.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20