Научная статья на тему 'Некоторые типы гипергеометрических лазерных пучков для оптического микроманипулирования'

Некоторые типы гипергеометрических лазерных пучков для оптического микроманипулирования Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
205
46
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Компьютерная оптика
Scopus
ВАК
RSCI
ESCI
Область наук
Ключевые слова
ГИПЕРГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ПУЧОК / ГИПЕРГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ МОДА / ДИФРАКЦИОННЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ / ОПТИЧЕСКОЕ ВРАЩЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МИКРОЧАСТИЦ / КОНФЛЮЭНТНАЯ ФУНКЦИЯ (ФУНКЦИЯ КУММЕРА) / ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ АКСИКОН / CONFLUENT FUNCTION (KUMMER FUNCTION) / HYPERGEOMETRIC BEAM / HYPERGEOMETRIC MODE / DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENT / OPTICAL ROTATION OF DIELECTRIC MICROPARTICLES / LOGARITHMIC AXICON

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Котляр Виктор Викторович, Ковалев Алексей Андреевич, Скиданов Роман Васильевич, Хонина Светлана Николаевна

Получены явные аналитические выражения, описывающие параксиальные световые пучки, являющиеся частными случаями гипергеометрических (HyG) лазерных пучков [J.Opt.Soc.Am.A, v.25, p.262-270 (2008)]. К ним относятся модифицированные квадратичные Бессель-Гаусс (mQBG) пучки, полые гауссовые оптические вихри (HGOV), модифицированные элегантные Лагерра-Гаусса пучки (meLG) и гамма-гипергеометрические (γHyG) пучки. По технологии электронной микролитографии синтезирован бинарный дифракционный оптический элемент, приближенно формирующий HyG пучки. Теория и эксперимент находятся в удовлетворительном соответствии. Экспериментально показана возможность вращения диэлектрических микрочастиц в световом кольце HyG пучка.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Particular cases of hypergeometric laser beams in optical micromanipulation

We derive explicit analytical expressions to describe paraxial light beams that represent a particular case of the hypergeometric (HyG) laser beams [J.Opt.Soc.Am.A, v.25, p.262-270 (2008)]. Among these are modified quadratic Bessel-Gaussian (mQBG) beams, hole Gaussian optical vortices (HGOV), modified elegant Laguerre-Gaussian beams (meLG), and gamma-hypergeometric (γHyG) beams. Using e-beam microlithography, a binary diffractive optical element capable of producing near-HyG beams is synthesized. Theory and experiment are in sufficient agreement. A possibility of rotating dielectric microparticles in the bright diffraction ring of the HyG beam is experimentally demonstrated.

Текст научной работы на тему «Некоторые типы гипергеометрических лазерных пучков для оптического микроманипулирования»

НЕКОТОРЫЕ ТИПЫ ГИПЕРГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО МИКРОМАНИПУЛИРОВАНИЯ

В.В. Котляр1'2, А.А. Ковалев1'2, Р.В. Скиданов1’2, С.Н. Хонина1'2 1 Институт систем обработки изображений РАН,

2Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева

Аннотация

Получены явные аналитические выражения, описывающие параксиальные световые пучки, являющиеся частными случаями гипергеометрических (HyG) лазерных пучков [J.Opt.Soc.Am.A, v.25, p.262-270 (2008)]. К ним относятся модифицированные квадратичные Бессель-Гаусс (mQBG) пучки, полые гауссовые оптические вихри (HGOV), модифицированные элегантные Лагерра-Гаусса пучки (meLG) и гамма-гипергеометрические (gHyG) пучки. По технологии электронной микролитографии синтезирован бинарный дифракционный оптический элемент, приближенно формирующий HyG пучки. Теория и эксперимент находятся в удовлетворительном соответствии. Экспериментально показана возможность вращения диэлектрических микрочастиц в световом кольце HyG пучка.

Ключевые слова: гипергеометрический пучок, гипергеометрическая мода, дифракционный оптический элемент, оптическое вращение диэлектрических микрочастиц, конфлюэнтная функция (функция Куммера), логарифмический аксикон.

1. Введение

Недавно были рассмотрены новые световые моды - гипергеометрические (HyG) моды [1]. После этого появилось несколько обобщающих работ, в которых были рассмотрены гипергеометрические-гауссовые (HyGG) моды [2], HyG пучки [3] и круговые пучки (CiB) [4]. В [4] указано, что частными случаями круговых пучков являются многие известные световые пучки, например, стандартные [5] и элегантные [6] моды Лагерра-Гаусса (sLG, eLG), квадратичные Бессель-Гаусса (QBG) пучки [7]. Заметим, что HyG моды [1] и HyGG пучки [2] были реализованы с помощью жидкокристаллических микродисплеев.

В данной работе приводится явный вид лазерных пучков, которые являются частными случаями HyG пучков [3]. Это модифицированные квадратичные Бессель-Гаусс (mQBG) пучки, о которых упоминалось в [2], но не было приведено их явного вида, и которые отличаются от обычных QBG пучков [7]. Показано, что известные гауссовые оптические вихри (GOV) [8,9] являются также частным случаем HyG пучков. Получены явные аналитические выражения для новых световых пучков: полых гауссовых оптических вихрей (HGOV), модифицированных элегантных Лагерра-Гаусса (meLG) пучков и гамма-гипергеометрических (gHyG) пучков. Эти световые пучки также являются частными случаями HyG пучков.

В работе приводятся экспериментальные результаты по формированию пары HyG пучков с номерами (n, у) и (-n,-у) с помощью бинарного дифракционного оптического элемента (ДОЭ). ДОЭ был синтезирован по технологии электронной микролитографии. Проведено сравнение экспериментальной и расчетной картин дифракции для HyG пучка. Приведены также результаты эксперимента по враще-

нию полистироловых шариков диаметром 5 мкм в световом кольце сформированного HyG пучка.

2. Общий вид ИуЄ пучков

В [3] показано, что с помощью начального светового поля при г = 0 вида

(— Ф, г = 0) =

1 | r

2p I w

exp

---Г—Г + ig ln I — | + inj

2o2 I w 1

(1)

где (г, ф) - полярные координаты в начальной

плоскости г = 0 , ю и у - действительные параметры логарифмического аксикона, о - радиус перетяжки Гауссового пучка, п - номер сингулярности (целое число) спиральной фазовой пластинки (СФП), т - целое число - показатель степенной составляющей комплексной амплитуды, в произвольной плоскости г > 0 сформируется параксиальное световое поле, описываемое комплексной амплитудой вида:

чп+1 / Ч / I— \т+/у

л/2о

Eg’n’m (р0Z) (2гог! I z°q2

V wq у

(і ^n

к ор

yjlqz

exp

ikp 2 z

+ in0

(2)

xi Fi

n + m + 2 + ig 2 :

n +1, -

Ґ , V кор

л/2"<

qz У

1/2

где г0 = ко2, q = (1 -гг0/г) , (р,8) - полярные ко-

ординаты в поперечной плоскости, Г( х) - гамма-функция, 1Е1 (а,Ь,х) - функция Куммера [10],

к = 2я/1 - волновое число света, 1 - длина волны.

m

x

x

2

3. Частные случаи HyG пучков

В этом разделе мы получим аналитические выражения для частных случаев HyG пучков: mQBG, GOV, HGOV, meLG и yHyG пучков.

Все эти пучки не являются модами свободного пространства и не сохраняют свою структуру при распространении. Дифракционная картина в сечении этих пучков представляет собой набор светлых и темных концентрических колец, среди которых самое яркое кольцо является основным, а остальные кольца - боковыми лепестками. Из этих пучков только mQBG пучки обладают бесконечной энергией, как, например, обычные моды Бесселя [11], а остальные пучки имеют конечную энергию.

3.1. Модифицированные квадратичные Бессель-Гаусса пучки

Известна связь функции Куммера и функции Бесселя целого и полуцелого порядков [10]:

г і n +1 , .

1 F1|-------------, n +1, x I =

(3)

где (х) - функция Бесселя. Тогда из (2) с учетом

(3) и при условии, что у = / (т +1), получим:

Е., +|) (р, 8, г ) =

/(т + 1),п,т \ I 7 7 )

( п. \ (- )n+1f ksw'

= Ео,„,-1 (p, e, z ) = ^=^ |----------------IX

x exp

xl

in Є +

ikp2

V2P V 2 zq

P2

2R1 (z) 2o2 (z)

ikp2

(4)

2o2(z) 2R (z)

где

о2(z) = 2о R (z) = 2 z

2

1 +-

V

z

0 J

f z2 ^ 1+—

V z0 J

(5)

R1 (z ) = R (z)

(

1 +

2z

0J

1п (х) - модифицированная функция Бесселя.

Световые пучки, описываемые комплексной амплитудой (4), имеют сомножителями гауссовую экспоненту и функцию Бесселя. Поэтому они сходны с известными пучками Бесселя-Гаусса (BG) [12]. Зависимость аргумента функции Бесселя в (4) от радиальной координаты квадратичная, и поэтому пучки (4) сходны с QBG пучками [7]. Но QBG пучки порождаются начальным световым полем при г = 0 ,

описываемым функцией J^ 2 (ar2) exp (-br2 + in j), a

и b - постоянные, а в любой другой плоскости z > 0 выражение для амплитуды QBG пучков можно получить с помощью справочного интеграла [13]:

J Jn (ar2) exp (-br2) Jn (cr) rdr =

n

0 2

J

2(a2+b2)

4(a2+b2)

exp

c2b

4(a2+b2 )

(6)

Пучки (4) порождаются с помощью другого светового поля в начальной плоскости:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

-1 (r,jz=0)=V “1 expI -202+inj

(7)

и поэтому отличаются от QBG пучков. Световые поля (4) можно назвать модифицированными квадратичными Бессель-Гаусс пучками (mQBG).

При о ® ¥ (гауссовый пучок заменяется плоской волной) из (4) получаются расходящиеся Бесселевы пучки, описанные в [3]:

~ , Ю ik

E0--(p, q,z )=ifeх

x(-i )2+1 exp

(

ine +ikP- I J„ 4z

ї kp2 ^ v 4z /

(8)

Световое поле (7) имеет особенность в центре начальной плоскости при z = 0 и r = 0 и обладает бесконечной энергией. Рассмотрим далее случаи без таких особенностей.

3.2. Гауссовы оптические вихри В этом разделе приводится явный вид комплексной амплитуды для еще одного частного случая HyG пучков - GOV [8,9]. Известна рекуррентная связь между функциями Куммера [10]:

1F (a, b, -x) = exp (-x) 1F1 (b - a, b, x).

(9)

С учетом (9) общий вид ЫуО пучков (2) для дальнейшего удобно написать в виде:

F,

,<r e, z ) = (-£ i-%

2pn! Vzq

V2a

wq j

/ \n

k ap '

V2qz

exp

іпЄ +

ikp 2 z

V2qz

(10)

n + m + 2 + i, хГ|------ ----- Ix

n-m-ig

X1F1

2

n + 1,

2

k ap

V2<

qz J

В [3] найдена связь между функцией Куммера и модифицированными функциями Бесселя:

c2a

1

n

X

2

p

г

2

2

X

2

2

v

X

X

1FJ 2,n +1,x) = гV 2

n-1

2^ х

n-1

J I x exp

2

ln-1 ( x)- ln+1 ( x)

(11)

Используя (11) и положив у = /т , из общего вида (10) для ЫуО пучков можно получить частный случай в явной форме:

4л/Р

k op

V2<

qz

x exp

іпЄ +

zq

ikp2 p2

2R1 (z) 2o2 (z)

(12)

ln-1 ( У )- Jn+1 (У)

где

У=

1

kop

•s/21

p

+

ikp2

qz J

2о2(г) 2К (г)'

Световое поле (12) порождается начальным полем вида:

1

E0,§,0 (r Ф, z = 0)=^ exp

2p

I

2o

2 + inj

(13)

которое можно реализовать с помощью дифракции гауссового пучка на СФП. Поэтому световые пучки, описываемые комплексной амплитудой (12), могут быть названы GOV [8,9].

3.3. Полые гауссовы оптические вихри Можно получить явный аналитический вид через модифицированные функции Бесселя для комплексной амплитуды световых пучков, близких по форме к пучкам (12). Такие пучки можно сформировать с помощью дифракции полого гауссова пучка на СФП:

E-(r,z=0) = V ЮІexp

I r2

- — + inj I. (14)

Чтобы получить комплексную амплитуду при г > 0 , получим сначала промежуточное соотношение. Для этого сравним два справочных интеграла, один из которых пропорционален функции Куммера [13]:

Jr2 exp(-pr2) Jn (cr) dr = cnp

n + 3

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2

xr| — |Г-1 (n +1) 1F1

n + 3 2

-(и+3)/2 2-(n+1)

n +1,-------

4 p

(15)

а второй интеграл получается путем дифференцирования обеих частей равенства [13]

Jexp (-pr2) Jn (cr) dr =

1 p

exp

2V p

по параметру p

(16)

-s/p

J r2 exp (—pr2) Jn (cr) dr =---p 2 exp

8 p

11-n c2

2

Л

2 8 p J § V 8 p J V 8 p

2

2

• n-2 2

8p

(17)

Сравнивая правые части (15) и (17), получим связь между функцией Куммера и модифицированными функциями Бесселя:

1F11 —+-, n +1, - x I = x 2 exp V - x I^§x

xr-

11 n + 3 2

1 -n-£1, I£I+£, , I £

(18)

Используя (18), из общего уравнения (2), при условии у = / (т -1), получим явное выражение для новых световых пучков:

Ei(m-1Um ^ Є z) = E0,§,1 (P, e, z) =

( Л§+1 (-i) V2P

I ko3

zwq 1 - n

і§Є +

ikp2

2

2R1 (z) 2o2(z)

- У 11„ (У) + У1§_=1 (У)

J 2 2

(19)

где у такое же, как в (12). Световые поля (19) с учетом вида порождающего их поля (14) можно назвать HGOV.

3.4. Модифицированные элегантные пучки Лагерра-Гаусса Эти пучки порождаются с помощью начального поля вида:

Еу,п,2р+п (r, Ф, Г = 0) =

1 I r

2p V ю

2 p+n

exp

I z!

2o

2 + inj

(20)

Получим новый вид световых пучков как частный случай HyG пучков (2) при условии у = —і (2р - т + п), р - целое число (р > —п/2). Для

этого воспользуемся известной связью между функцией Куммера и присоединенными многочленами Лагерра [10]:

где Lp (x) - присоединенный многочлен Лагерра. С учетом (21) из (10) следует:

0

2

2

x

0

x

Л

z

0

x

x

x

x

2

2

f

2

\

x

2

p

x

x

x

Л

x

0

2

Е0,2 „ (г е,г ) = <—!ЛР К

\/2о

юд

где ґ = 2 у =

п+2р

ґ2 ехр

іпЄ +

гд

ікр2 2 г

(22)

- ґ

% (ґ),

к орД-\/2дг)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Световые пучки, описываемые комплексной амплитудой (22), можно назвать meLG пучками. Об этих пучках упоминается в [2], но явного вида их не приведено. Мы называем эти новые световые пучки элегантными, так как аргумент многочлена Лагерра комплексный, как и у обычных eLG [6]. Но зависимость аргумента многочлена Лагерра в (22) от переменной г отличается от аналогичной зависимости в обычных eLG пучках [6]. Приведем для сравнения явный вид eLG пучков в принятых здесь обозначениях:

N р+1

, г ) = (— Г 1-^-1 X

ЕеШ (р,е,г) = (—і)~(±)'

п

2 п

s 2 ЄХР (іп Є-5 ) Ь”р ( 5) ,

^ —2і о2 гс ю2д2 г

(23)

где 5 = -ікр21(2д2г). Из сравнения (22) и (23) видно, что аргументы 5 и ґ отличаются своей зависимостью от координаты г . Это отличие возникает из-за того, что meLG пучки (22) порождаются начальным полем (20), а eLG пучки (23) порождаются начальным полем вида:

Ееш (r, Ф, г = 0) =

єхр

- 202+іпф IЕ

Г г2 N

2о2

(24)

3.5. Гамма-гипергеометрические пучки

Приведем здесь еще один явный вид комплексной амплитуды, описывающей частный случай ЫуО пучков (2). Для этого воспользуемся связью между функцией Куммера и неполной гамма-функцией [10]:

1Е1(п,п +1, -х) = пх~пу(п, х), (25)

где у(у, х) - неполная гамма-функция,

х

у(п х) = |х"-1 єхр (Ч) ¿4.

(26)

С учетом (25) из (2) получим частный вид HyG пучков при у = і (т + 2):

Еі(т+2-п),п,т (P, е, г) = Е0,п,п-2 (P, Є г) =

= (-і )п+1 ( к ю2 'У крю

Ґ

X єхр

(27)

ікр2 2 г

+ іпЄ I у

2

кор

лУ2(

дг )

Световые пучки (27) описываются комплексной амплитудой, пропорциональной неполной гамма-функции, и поэтому мы назвали их уHyG пучками. Световые пучки (27) порождаются начальным световым полем вида:

Е0,п,п-2 (г, Ф, г = 0) =

1 Ґ \п-2 (

1 [ Г '

2я I ю

ехр

г

2о2

+ іпф

(28)

Заметим, что meLG пучки (22) переходят в уHyG пучки (27) при р = -1.

4. Моделирование

Формирование HyG-мод [1] с помощью дифракционных оптических элементов - непростая задача. Во-первых, аналогично модам Бесселя [11], HyG-моды имеют бесконечную энергию, а во-вторых, HyG-моды порождаются начальным световым полем (1), которое имеет особенность в начале координат (о ® ¥, т = -1):

Ет,п,-1 (г, ф, г =0)=(ю)ехР іУ1п(ю)+іпФ

.(29)

Поэтому на практике, чтобы сформировать HyG-моду, световое поле (29) следует ограничить кольцевой диафрагмой с радиусами ^ и К2 (Л1<^2). Однако такое ограничение апертуры начального поля при некоторых параметрах не приводит к заметным искажениям HyG-моды. На рис. 1 показан вид радиального распределения интенсивности поля (29), ограниченного кольцевой диафрагмой, и интенсивности на расстоянии г=100 мм.

б)

р, тт

Рис. 1 Радиальное распределение интенсивности ИуОмоды (п=4, у=—10, т = —1) при г=0 (а) и г=100 мм (б): точная ИуО мода (1) и рассчитанная после ограничения апертурой (2)

При следующих параметрах расчета: 1=532 нм, ,К1=0,05 мм, Л2=1 мм, ^=1 мм, число отсчетов

X

п

X

2

п

2

0

п

N=512; параметры ЫуО-моды: п=4, у=-10, среднеквадратичное отклонение точной интенсивности, полученной на основе уравнения (2), от рассчитанной с учетом ограниченной апертуры (рис. 16) составляет 5,5%.

Реализация амплитудного распределения, показанного на рис. 1а, для формирования ЫуО моды является неэффективным способом. Более энергетически эффективным и технологичным является формирование ЫуО моды с помощью фазового бинарного ДОЭ [14].

Функция пропускания такого ДОЭ может иметь следующий вид:

(r, Ф) =

= sgn < cos

g ln І — І + nf + cr cos Ф

(30)

где с - несущая пространственная частота.

На рис. 2 показана бинарная фаза ДОЭ (30) (диаметр 5 мм, п=7, у=10, с=10 мм-1 , м>=\ мм) (а) и рассчитанная картина дифракции на расстоянии г=700 мм от ДОЭ (б).

Рис. 2. Бинарная фаза ДОЭ (с=10 мм-) (а) и рассчитанная картина дифракции на расстоянии г=700 мм (б)

Из рис. 2б видно, что при освещении ДОЭ (рис. 1а) плоской волной на некотором расстоянии формируются в основном две кольцевых картины дифракции, близкие к ^О модам с номерами п=7, у=10 (большие кольца) и п=—7, у=—10 (малые кольца). В каждый из двух пучков идет около 40% световой энергии.

На рис. 3 показаны радиальные распределения интенсивности, рассчитанные для идеальной моды HyG (кривые 1) и сформированные с помощью бинарного ДОЭ (рис. 2а) (кривые 2) на расстоянии г=2000 мм: п=7, у=10 (а) и п=-7, у=—10 (б).

р, тт

Рис. 3. Радиальные распределения интенсивности точных HyG-мод (кривые 1) и рассчитанных после бинарного

ДОЭ (рис. 2а) (кривые 2) на расстоянии z=2000 мм: n = 7, g=10 (а) и n = —7, g= —10 (б)

Среднеквадратичное отклонение точных HyG-мод от рассчитанных на расстоянии z=2000 мм от бинарного ДОЭ (рис. 2а) составило 43% (а) и 35% (б). Таким образом, замена убывающей от r амплитуды функции (29) на постоянную в (30) приводит к заметной ошибке при формировании HyG пучка. Однако отличия касаются только боковых лепестков картин дифракции и почти не затрагивают основное кольцо.

5. Эксперимент

С помощью электронной литографии был изготовлен бинарный фазовый ДОЭ размером 5 X 5 мм с разрешением 10 мкм для длины волны 532 нм. На рис. 4. показано изображение центральной части микрорельефа этого ДОЭ, полученное с помощью интерферометра NewView 5000 Zygo co 100 -кратным увеличением.

0.000 іпт 0.353

Рис. 4. Микрорельеф центральной части бинарного ДОЭ (рис. 2а) размером 353*2б5мкм в подложке из плавленого кварца

w

Требуемая высота микрорельефа в подложке из плавленого кварца (8Ю2) равна 578,3нм, а высота изготовленного рельефа колебалась от 572 до 583 нм. То есть бинарный ДОЭ изготовлен с высокой точностью — около 1%.

На рис. 5 показаны картины дифракции, сформированные после освещения ДОЭ плоским пучком света диаметром 4 мм от твердотельного лазера с длиной волны 532 нм и мощностью 500 мВт и измеренные на разных расстояниях от ДОЭ: 2000 мм (а), 2300 мм (б) и 3000 мм (в). Из рис. 5 видно, что картины дифракции по форме совпадают с расчетными картинами (рис. 2в) и что на достаточном удалении от ДОЭ оба световых пучка п=7, у = 10 и п=-7, у = —10 слабо меняются при распространении.

Из рис. 6 видно, что обе картины дифракции и их радиальные сечения удовлетворительно соответствуют друг другу, а среднеквадратичная ошибка составляет 27%.

Рис. 5. Картины дифракции, сформированные ДОЭ (рис. 4) при освещении плоским пучком диаметром 4 мм (1 = 532 нм) и зарегистрированные ССБ-камерой на расстояниях 2000 (а), 2300 (б) и 3000 мм (в)

На рис. 6 показаны экспериментальная (а) и расчетная (в) картины дифракции плоской волны на ДОЭ для ЫуО-моды (п=7, у = 10) и их радиальные сечения интенсивности (б и г соответственно).

б)

г)

2,30 4,50 6,80

Рис. б. Экспериментальная (а) и расчетная (в) картины дифракции плоской волны на ДОЭ для ИуО-моды (п=7, у= 10) и их радиальные сечения интенсивности: экспериментальное (б) и расчетное (г)

На рис. 7 показаны три фрагмента (разделенных временным интервалом в 15 сек) вращения поли-стиролового шарика диаметром 5 мкм, вращающегося по основному кольцу HyG пучка (п=7, у = 10 ),

сформированного бинарным ДОЭ (рис. 4). Световое кольцо на рис. 7 после фокусировки микрообъективом х40 имело диаметр 39 мкм.

а) ■ -і-- Я б) ^^Ннимі., амі шЯ в) I

Рис. 7. Вращение полистироловой частицы диаметром 5 мкм (местоположение частицы показано белым треугольником) по основному кольцу картины дифракции для ИуО пучка (п=7, у=10), сформированной при дифракции плоской волны на

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ДОЭ (рис. 4)

6. Заключение

Получены явные аналитические выражения, описывающие параксиальные световые пучки, являющиеся частными случаями HyG лазерных пучков: mQBG, GOV, HGOV, meLG и gHyG пучки. По технологии электронной микролитографии с точностью реализации высоты микрорельефа около 1% синтезирован бинарный дифракционный оптический элемент, приближенно формирующий HyG пучки. Бинарный ДОЭ рассчитывался как киноформ, то есть модуль кодируемой комплексной функции заменялся константой, а аргумент (фаза) комплексной функции сохранялся. В результате такой замены сформированные картины дифракции по форме совпадают с картинами дифракции для HyG пучков, хотя количественно заметно отличаются. Однако отличия касаются только боковых лепестков картин дифракции (периферийных колец) и почти не затрагивают основное кольцо. Теория и эксперимент находятся в удовлетворительном соответствии. Также экспериментально показана возможность вращения полистироловых шариков диаметром 5 мкм в световом кольце сформированного лазерного пучка.

Благодарности

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке российско-американской программы «Фундаментальные исследования и высшее образование» (грант CRDF RUX0-014-Sa-06, грантов РФФИ №№ 07-07-97600, 08-07-99007 и Президента РФ № НШ-3086.2008.9.

Авторы выражают благодарность группе Я. Туру-нена (Физический факультет Университета Йоенсуу, Финляндия) за изготовление и предоставление для проведения экспериментов оптических элементов.

Литература

1. Kotlyar, V.V. Hypergeometric modes / [V.V. Kotlyar and other] // Opt. Lett. 2007.- Vol. 32. - p.742-744.

2. Karimi, E. Hypergeometric-Gaussian modes / [E. Karimi and other] // Opt. Lett. 2007.- Vol. 32.-p.3053-3055.

3. Kotlyar, V.V. Family of hypergeometric laser beams / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev // J. Opt. Soc. Am. A. 2008.-Vol.25.- p.262-270.

4. Bandres, M.A. Circular beams / M.A. Bandres, J.C. Gutierrez-Vega // Opt. Lett. 2008.- Vol. 33.- p.177-179.

5. Siegman, A.E. Lasers / A.E. Siegman - University Science, 1986.

6. Takenaka, T. Propagation of light beams beyond the paraxial approximation / T. Takenaka, M. Yokota, O. Fuku-mitsu // J. Opt. Soc. Am. A. 1985.- Vol. 2.- p.826-829.

7. Caron, C.F.R. Bessel-modulated Gaussian beams with quadratic radial dependence / C.F.R. Caron, R.M. Potv-liege // Opt. Commun. 1999.- Vol. 164.- p.83-93.

8. Rozas, D. Propagation dynamics of optical vortices / D. Rozas, C.T. Law, G.A. Swartzlander, Jr. // J. Opt. Soc. Am. B. 1997.- Vol. 14.- p.3054-3065.

9. Kotlyar, V.V. Generation of phase singularity through diffracting a plane or Gaussian beam by a spiral phase plate / [V.V. Kotlyar and other] // J. Opt. Soc. Am. A. 2005.- Vol. 22.- p.849-861.

10. Handbook of Mathematical Functions / ed. by. M. Abra-movitz, I.A. Stegun.- National Bureau of Standards, Applied Math. Series, 1965.

11. Durnin, J. Difraction-free beams / J. Durnin, J.J. Miceli, J.H. Eberly // Phys. Rev. Lett. 1987.- Vol. 58.- p.1499-1501.

12. Gori, F. Bessel-Gauss beams / F. Gori, G. Guattari, C. Pado-vani // Opt. Commun. 1987.- Vol. 64(6).- p.491-495.

13. Прудников, А.П. Интегралы и ряды. Специальные функции / А.П. Прудников, Ю. А. Брычков, О.И. Мари-чев - М. :Наука, 1983.

14. Methods for Computer Design of Diffractive Optical Elements / ed. by V.A. Soifer.- Willey & Sons, 2002.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.