Формирование продольно-удлинённой области обратного потока энергии с помощью кольцевых апертур
Стафеев С.С., Котляр В.В.

ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Аннотация:
С помощью формул Ричардса – Вольфа описывается фокусировка цилиндрического векторного пучка второго порядка широкоапертурной линзой, ограниченной кольцевой апертурой,. Показано, что можно увеличить область отрицательных значений проекции вектора Пойнтинга на оптическую ось, увеличив глубину фокуса с помощью кольцевой апертуры. Продемонстрировано, что при фокусировке света объективом с числовой апертурой 0,95 использование кольцевой апертуры, ограничивающей угол входного зрачка до 0,9 от максимального значения, позволяет увеличить глубину области отрицательных значений проекции вектора Пойнтинга на оптическую ось в 4 раза при практически неизменной ширине области (изменяется с 0,357 до 0,352 от длины волны фокусируемого света). При этом в 2,5 раза возрастает отношение абсолютных значений минимального значения осевой проекции вектора Пойнтинга в фокусе к максимальному.

Ключевые слова:
формулы Ричардса – Вольфа, обратный поток энергии, острая фокусировка, цилиндрический векторный пучок, кольцевая апертура.

Цитирование:
Стафеев, С.С.
Формирование продольно-удлинённой области обратного потока энергии с помощью кольцевых апертур / С.С. Стафеев, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 2. – С. 193-199. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-2-193-199.

Литература:

  1. Grosjean, T. Longitudinally polarized electric and magnetic optical nano-needles of ultra high lengths / T. Grosjean, I. Gauthier // Optics Communications. – 2013. – Vol. 294. – P. 333-337.
  2. Wu, Z. Optimization-free approach for generating sub-diffraction quasi-non-diffracting beams / Z. Wu, K. Zhang, S. Zhang, Q. Jin, Z. Wen, L. Wang, L. Dai, Z. Zhang, H. Chen, G. Liang, Y. Liu, G. Chen // Optics Express. – 2018. – Vol. 26, Issue 13. – P. 16585-16599.
  3. Guan, J. Transversely polarized sub-diffraction optical needle with ultra-long depth of focus / J. Guan, J. Lin, C. Chen, Y. Ma, J. Tan, P. Jin // Optics Communications. – 2018. – Vol. 404. – P. 118-123.
  4. 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.
  5. Wang, H. Creation of a needle of longitudinally polarized light in vacuum using binary optics / H. Wang, L. Shi, B. Luk`yanchuk, C. Sheppard, C.T. Chong // Nature Photonics – 2008. – Vol. 2. – P. 501-505.
  6. Yu, Y. Engineering of multi-segmented light tunnel and flattop focus with designed axial lengths and gaps / Y. Yu, H. Huang, M. Zhou, Q. Zhan / Optics Communications. – 2018. – Vol. 407. – P. 398-401.
  7. Zheng, C. Characterization of the focusing performance of axial line-focused spiral zone plates / C. Zheng, S. Su, H. Zang, Z. Ji, Y. Tian, S. Chen, K. Mu, L. Wei, Q. Fan, C. Wang, X. Zhu, C. Xie, L. Cao, E. Liang // Applied Optics. – 2018. – Vol. 57. – P. 3802-3807.
  8. Chen, Z. 4Pi focusing of spatially modulated radially polarized vortex beams / Z. Chen, D. Zhao // Optics Letters. – 2012. – Vol. 37. – P. 1286-1288.
  9. Lin, J. Generation of longitudinally polarized optical chain by 4π focusing system / J. Lin, R. Chen, P. Jin, M. Cada, Y. Ma // Optics Communications. – 2015. – Vol. 340. – P. 69-73.
  10. Yu, Y. Generation of uniform three-dimensional optical chain with controllable characteristics / Y. Yu, Q. Zhan // Journal of Optics. – 2015. – Vol. 17. – 105606.
  11. Guo, H. Three dimensional optical cage formed by TEM01 mode radially polarized Laguerre-Gaussian beam / H. Guo, X. Weng, X. Dong, G. Sui, X. Gao, S. Zhuang // Journal of Optics. – 2011. – Vol. 40, Issue 4. – P. 206-212.
  12. Volyar, A.V. Focusing of singular beams / A.V. Volyar, T.A. Fadeeva // Optics and Spectroscopy. – 2004. – Vol. 96, Issue 1. – P. 96-105.
  13. Ushakova, K. Demonstration of spot size reduction by focussing amplitude modulated radially polarized light on a photoresist / K. Ushakova, Q.Y. van den Berg, S.F. Pereira, H.P. Urbach // Journal of Optics. – 2015. – Vol. 17. – 125615.
  14. Хонина, С.Н. Анализ интерференции радиально-поляризованных лазерных пучков, сформированных кольцевыми оптическими элементами с вихревой фазой в условиях острой фокусировки / С.Н. Хонина, А.В. Устинов // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 1. – С. 12-25. – DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-1-12-25.
  15. Udhayakumar, M. Generation of ultra-long pure magnetization needle and multiple spots by phase modulated doughnut Gaussian beam / M. Udhayakumar, K. Prabakaran, K.B. Rajesh, Z. Jaroszewicz, A. Belafhal, D. Velauthapillai // Optics & Laser Technology. – 2018. – Vol. 102. – P. 40-46.
  16. Udhayakumar, M. Generating sub wavelength pure longitudinal magnetization probe and chain using complex phase plate / M. Udhayakumar, K. Prabakaran, K.B. Rajesh, Z. Jaroszewicz, A. Belafhal // Optics Communications. – 2018. – Vol. 407. – P. 275-279.
  17. Nie, Z. Generation of super-resolution longitudinally polarized beam with ultra-long depth of focus using radially polarized hollow Gaussian beam / Z. Nie, G. Shi, X. Zhang, Y. Wang, Y. Song // Optics Communications. – 2014. – Vol.  331. – P. 87-93.
  18. Guan, J. Transversely polarized sub-diffraction optical needle with ultra-long depth of focus / J. Guan, J. Lin, C. Chen, Y. Ma, J. Tan, P. Jin // Optics Communications. – 2017. – Vol. 404. – P. 118-123.
  19. Rajesh, K.B. Tight focusing of double ring shaped radially polarized beam with high NA lens axicon / K.B. Rajesh, N.V. Suresh, P.M. Anbarasan, K. Gokulakrishnan, G. Mahadevan // Optics & Laser Technology. – 2011. – Vol. 43. –P. 1037-1040.
  20. 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. – P. 849-853.
  21. Kotlyar, V.V. Energy backflow in the focus of an optical vortex / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev // Laser Physics. – 2018. – Vol. 28, Issue 12. – 126203. – DOI: 10.1088/1555-6611/aae02f.
  22. Стафеев, С.С. Обратный поток энергии в фокусе цилиндрического векторного пучка / С.С. Стафеев, А.Г. Налимов, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 5. – С. 744-750. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-744-750.
  23. 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.
  24. Maucher, F. Creating complex optical longitudinal polarization structures / F. Maucher, S. Skupin, S.A. Gardiner, I.G. Hughes // Physical Review Letters. – 2018. – Vol. 120, Issue 16. – 163903.
  25. 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. Karimi // Nature Physics. – 2018. – Vol. 14. – P. 1079-1982.
  26. Vasnetsov, M.V. Wavefront motion in the vicinity of a phase dislocation: “optical vortex” / M.V Vasnetsov, V.N. Gorshkov, I.G. Marienko, M.S. Soskin // Optics and Spectroscopy. – 2000. – Vol. 88, Issue 2. – P. 260-265.
  27. 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.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20