Исследование возможности применения рефракционного биконического аксикона для распознавания азимутальной и радиальной поляризации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе изложены результаты исследований действия биконического аксикона, рефракционного оптического элемента с двумя коническими поверхностями, на освещение излучением различного состояния поляризации, в том числе неоднородным (с азимутальной и радиальной поляризацией). Биконический аксикон ранее был предложен для преобразования пучка с круговой поляризаций в азимутально поляризованный пучок за счет отражения и преломления лучей под углом Брюстера на одной конической поверхности с последующей коллимацией пучка за счет второй конической поверхности. Поляризационные преобразования, осуществляемые при дифракции на биконическом аксиконе пучков с различной поляризацией, рассчитаны с использованием метода конечных разностей во временной области. На основе численного моделирования показано, что биконический аксикон, выполненный из стекла K14 (показатель преломления n = 1,4958), может быть использован в качестве детектора для распознавания азимутально и радиально поляризованного пучков на основе картины интенсивности в одной плоскости.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Павел Алексеевич Хорин

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: paul.95.de@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2248-614X

кандидат ф.- м. наук, старший научный сотрудник, научно-исследовательской лаборатории автоматизированных систем научных исследований (НИЛ-35) Самарского университета, ст.-исследователь ИСОИ РАН, математическое моделирование, дифракционная оптика, оптическая и цифровая обработка изображений

Россия, Самара; Самара

Сергей Александрович Дегтярев

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

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-0874-005X

кандидат ф.- м. наук, доцент Самарского университета, научный сотрудник ИСОИ РАН, волновая и сингулярная оптика

Россия, Самара; Самара

Светлана Николаевна Хонина

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

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0001-6765-4373

доктор ф.- м. наук, профессор Самарского университета, главный  научный сотрудник ИСОИ РАН, дифракционная оптика, сингулярная оптика, модовые и поляризационные преобразования, оптическое манипулирование, оптическая и цифровая обработка изображений

Россия, Самара; Самара

Список литературы

  1. Goldstein D. H. Polarized Light. – CRC Press: Boca Raton. FL. USA. 2003.
  2. Wang X. L., Li Y., Chen J., Guo C. S., Ding J. Wang H. T. A new type of vector fields with hybrid states of polarization. Opt. Express. 2010; 18: 10786–10795.
  3. Bauer T., Banzer P., Bouchard F., Orlov S., Marrucci L., Santamato E., Boyd R. W., Karimi E., Leuchs G. Multi-twist polarization ribbon topologies in highly-confined optical fields. New J. Phys. 2019; 21: 053020.
  4. Milione G., Nguyen, T.A., Leach J., Nolan D. A., Alfano R. R. Using the nonseparability of vector beams to encode information for optical communication. Opt. Lett. 2015; 40: 4887–4890.
  5. Khonina S. N., Kazanskiy N. L., Butt M. A., Karpeev S. V. Optical multiplexing techniques and their marriage for on-chip and optical fiber communication: a review. Opto-Electronic Advances. 2022; 5(8): 210127-(25pp). https://doi.org/10.29026/oea.2022.210127.
  6. Akent’ev A.S., Sadovnikov M. A., Sokolov A. L., Simonov G. V. Polarization analysis of the beam-steering device of quantum optical systems. Opt. Spectrosc. 2017; 122:1008–1014.
  7. Ndagano B., Nape I., Cox M. A., Rosales-Guzman C., Forbes A. Creation and detection of vector vortex modes for classical and quantum communication. J. Lightwave Technol. 2018; 36: 292–301.
  8. Oron D., Tal E., Silberberg Y. Depth-resolved multiphoton polarization microscopy by third-harmonic generation. Opt. Lett. 2003; 28: 2315–2317.
  9. Serrels K., Ramsay E., Warburton R., Reid D. Nanoscale optical microscopy in the vectorial focusing regime. Nat. Photonics. 2008; 2:311–314.
  10. Masuda K., Nakano S., Barada D., Kumakura M., Miyamoto K., Omatsu T. Azo-polymer film twisted to form a helical surface relief by illumination with a circularly polarized Gaussian beam. Opt. Express. 2017; 25:12499–12507.
  11. Porfirev A. P., Khonina S. N., Ivliev N. A., Porfirev D. P. Laser processing of chalcogenide glasses using laser fields with a spatially varying polarization distribution. Optics & Laser Technology. 2023;167:109716. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109716.
  12. Passilly N., de Saint D. R., Aït-Ameur K., Treussart F., Hierle R., Roch J.-F. Simple interferometric technique for generation of a radially polarized light beam. J. Opt. Soc. Am. A. 2005; 22: 984–991.
  13. Tidwell S. C., Ford D. H., Kimura W. D. Generating radially polarized beams interferometrically. Appl. Opt. 1990; 29: 2234–2239.
  14. Liu S., Li P., Peng T., Zhao J. Generation of arbitrary spatially variant polarization beams with a trapezoid Sagnac interferometer. Opt. Express. 2012; 20: 21715–21721.
  15. Sokolov A. L., Murashkin V. V. Diffraction polarization optical elements with radial symmetry. Opt. Spectrosc. 2011; 111:859–865.
  16. Khonina S. N., Karpeev S. V. Generating inhomogeneously polarized higher-order laser beams by use of diffractive optical elements. J. Opt. Soc. Am. A. 2011; 28:2115–2123.
  17. Khonina S. N., Karpeev S. V., Alferov S. V. Polarization converter for higher-order laser beams using a single binary diffractive optical element as beam splitter. Optics Letters. 2012; 37(12): 2385–2387. https://doi.org/10.1364/OL.37.002385.
  18. Karpeev S. V., Podlipnov V. V., Algubili A. M. An interference scheme for generating inhomogeneously polarized laser radiation using a spatial light modulator. Comput. Opt. 2020; 4: 214–218.
  19. Ru-Yue Zhong, Zhi-Han Zhu, Hai-Jun Wu, Carmelo Rosales-Guzmán, Shu-Wei Song, Bao-Sen Shi. Gouy-phase-mediated propagation variations and revivals of transverse structure in vectorially structured light. Physical Review A. 2021;103:053520. doi: 10.1103/PhysRevA.103.053520.
  20. Khonina S. N., Porfirev A. P. Harnessing of inhomogeneously polarized Hermite–Gaussian vector beams to manage the 3D spin angular momentum density distribution. Nanophotonics. 2022;11(4): 697–712. https://doi.org/10.1515/nanoph-2021-0418.
  21. Bomzon Z., Biener G., Kleiner V., Hasman E. Radially and azimuthally polarized beams generated by space-variant dielectric subwavelength gratings. Opt. Lett. 2002; 27: 285–287.
  22. Machavariani G., Lumer Y., Moshe I., Meir A., Jackel S., Davidson N. Birefringence-induced bifocusing for selection of radially or azimuthally polarized laser modes. Appl. Opt. 2007,46: 3304–3310.
  23. Zh. Man, Ch. Min, Y. Zhang, Z. Shen, and X.-C. Yuan. Arbitrary vector beams with selective polarization states patterned by tailored polarizing films. Laser Phys. 2013; 23(10): 105001.
  24. Rubin N. A., Zaidi A., Juhl M., Li R. P., Mueller J. B., Devlin R. C., Leosson K., Capasso F. Polarization state generation and measurement with a single metasurface. Opt. Express. 2018 26: 21455–21478.
  25. Khonina S. N., Karpeev S. V., Paranin V. D., Morozov A. A. Polarization conversion under focusing of vortex laser beams along the axis of anisotropic crystals. Physics Letters A. 2017; 381: 2444–2455. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2017.05.025.
  26. Khonina S. N., Degtyarev S. A., Ustinov A. V., Porfirev A. P. Metalenses for the generation of vector Lissajous beams with a complex Poynting vector density. Optics Express. 2021;29(12):18651–18662. https://doi.org/10.1364/OE.428453.
  27. Khonina S. N., Porfirev A. P., Karpeev S. V. Recognition of polarization and phase states of light based on the interaction of nonuniformly polarized laser beams with singular phase structures. Optics Express. 2019; 27(13):18484–18492. https://doi.org/ 10.1364/OE.27.018484.
  28. Beresna M., Gecevičius M., Kazansky P. G., Gertus T. Radially polarized optical vortex converter created by femtosecond laser nanostructuring of glass. Appl. Phys. Lett. 2011; 98: 201101.
  29. Tovar A. A. Production and propagation of cylindrically polarized Laguerre–Gaussian laser beams. J. Opt. Soc. Am. A. 1998;1: 2705–2711.
  30. Kozawa Y.; Sato, S. Generation of a radially polarized laser beam by use of a conical Brewster prism. Opt. Lett. 2005; 30, 3063–3065.
  31. Radwell N., Hawley R. D., Gotte J. B., Franke-Arnold S. Achromatic vector vortex beams from a glass cone. Nat. Commun. 2016; 7, 10654.
  32. Zhang, Y., Zeng A., Wang Y., Huang H. A method for measuring the base angle of axicon lens based on chromatic dispersion. Opt. Commun. 2015; 346, 69–73.
  33. Gubaev M. S., Degtiarev S. A., Strelkov IU. S., Volotovskii S. G., Ivliev N. A., KHonina S. N. Formirovanie vektornogo puchka s pomoshchiu konicheskoi prelomliaiushchei poverkhnosti Kompiuternaia optika. 2021;45(6): 828–838. DOI: 10 18287 2412-6179-CO-1036.
  34. Degtyarev S. A., Karpeev S. V., Ivliev N. A., Strelkov Yu.S., Podlipnov V. V. and Khonina S. N., Refractive Bi-Conic Axicon (Volcone) for Polarization Conversion of Monochromatic Radiation. Photonics. 2022;9:421. https://doi.org/10.3390/photonics9060421.
  35. Ahluwalia B. P. S., Yuan X.-C., Tao S. H., Cheong W. C., Zhang L. S., Wang H. Micromanipulation of high and low indices microparticles using a microfabricated double axicon. J. Appl. Phys. 2006;99(11): 113104.
  36. Alferov S. V., Khonina S. N., Karpeev S. V. Study of polarization properties of fiber-optics probes with use of a binary phase plate. J. Opt. Soc. Am. A. 2014;31(4), 802–807.
  37. Kuchmizhak A., Gurbatov S., Nepomniaschii A., Vitrik O., Kulchin Y. High-quality fiber microaxicons fabricated by a modified chemical etching method for laser focusing and generation of Bessel-like beams. Appl. Opt. 2014;53(5):937–943.
  38. Pavelyev V., Khonina S., Degtyarev S., Tukmakov K., Reshetnikov A., Gerasimov V., Osintseva N., Knyazev B. Subwavelength Diffractive Optical Elements for Generation of Terahertz Coherent Beams with Pre-Given Polarization State. Sensors. 2023;23, 1579. https://doi.org/10.3390/s23031579.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Проекции и 3D-форма преломляющего биконического аксикона с иллюстрацией его размеров

Скачать (232KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Поперечное сечение в проекции OX (y = 0) интенсивности E на выходе после биконический аксикона при освещении элемента Гауссовым пучком: а) с радиальной поляризацией; b) азимутальной поляризацией

Скачать (253KB)
Метаданные
4. Таблица 1.

Скачать (808KB)
Метаданные
5. Таблица 2.

Скачать (683KB)
Метаданные
6. Таблица 3.

Скачать (401KB)
Метаданные
7. Таблица 4.

Скачать (464KB)
Метаданные

© Хорин П.А., Дегтярев С.А., Хонина С.Н., 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах