Формирование массива световых «бутылок», основанное на использовании суперпозиции пучков Бесселя
Порфирьев А.П., Скиданов Р.В.

Аннотация:
Предложена и исследована процедура расчёта фазовой функции дифракционных оптических элементов (ДОЭ), формирующих набор световых «бутылок». Предложенная процедура основана на использовании суперпозиции пучков Бесселя. Приведены результаты моделирования и натурных экспериментов.

Abstract:
We propose and analyze technique for generation optical bottle beams array by diffractive optical elements (DOE). This technique is based on superposition Bessel beams. Result of computer simulation and experimental results are presented.

Ключевые слова :
световая «бутылка», пучки Бесселя, суперпозиция пучков, бинарные дифракционные оптические элементы, оптическая схема.

Key words:
optical bottle beams, Bessel beams, superposition beams, binary diffractive optical element, experimental setup.

Литература:

  1. Arlt, J. Generation of a beam with a dark focus surrounded by regions of higher intensity: the optical bottle beam / J. Arlt, M.J. Padgett // Optics Letters. – 2000. – V. 25. – N 4. – P. 191-193.
  2. Ahluwalia, B.P.S. Micromanipulation of high and low indices microparticles using a microfabricated double axicon / B.P.S. Ahluwalia, X.-C. Yuan, S.H. Tao, W.C. Cheong, L.S. Zhang and H. Wang // J. Appl. Phys. – 2006. – V. 99. – P. 113104.
  3. Daria, V.C. Dynamic array of dark optical traps / Vincent Ricardo Daria, Peter John Rodrigo and Jesper Gluckstad // Appl. Phys. Lett. – 2004. – V. 84, N 3. – P. 323-325.
  4. Zhang, P. Trapping and transporting aerosols with a single optical bottle beam generated by Moire techniques / Zhang Peng, Ze Zhang, Jai Prakash, Simon Huang, Daniel Hernandez, Matthew Salazar, Demetrios N. Christodoulides and Zhigang Chen // Optics Letters. – 2011. – V. 36, N 8. – P. 1491-1493.
  5. Shvedov, V.G.  Optical vortex beams for trapping and transport of particles in air / V.G. Shvedov, A.S. Desyatnikov, A.V. Rode, Y.V. Izdebskaya, W.Z. Krolikowski, Y.S. Kiv­shar // Appl. Phys. A. – 2010. – V. 100(2). – P. 327-331.
  6. Ashkin, A. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles / A. Ashkin, J. M.Dzi­edzic, J.E. Bjorkholm, S. Chuk // Opt. Lett. – 1986. – V. 11(5). – P. 288-290.
  7. Isenhower, L. Atom trapping in an interferometrically generated bottle beam trap / L. Isenhower, W. Williams, A. Dally, and M. Saffman // Opt. Lett. – 2009. – V. 34, N 8. – P. 1159-1161.
  8. Ozeri, R. Long spin relaxation times in a single-beam blue-detuned optical trap / R. Ozeri, L. Khaykovich and N. Davidson // Phys. Rev. A. – 1999. – V. 59(3). – P. R1750- R1753.
  9. Lin, J.-H. Generation of supercontinuum bottle beam using an axicon / Ja-Hon Lin, Ming-Dar Wei, Hui-Hung Liang, Kuei-Huei Lin and Wen-Feng Hsieh // Optics Express. – 2007. – V. 15, N 6. – P. 2940-2946.
  10. de Angelisa, M. Axially symmetric hollow beams using refractive conical lenses / M. de Angelisa, L. Cacciapuotib, G. Pierattinia, G.M. Tino // Optics and Lasers in Engineering. – 2003. – V.39. – P. 283-291.
  11. Fengtie, W. Generation of self-imaged optical bottle beam by using / Wu Fengtie, Lu Wenhe, Liu Bin // Proc. SPIE. – 2010. – N 7721. – P. 77211C.
  12. Качалов, Д.Г. Оптимизация бинарного ДОЭ для формирования  «световой бутылки» / Д.Г. Качалов, К.А. Гамазков, В.С. Павельев, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. – 2011. – Т. 35, № 1. – С. 70-76.
  13. Po-Tse, T. Direct generation of optical bottle beams from a tightly focused end-pumped solid-state laser / T. Po-Tse, H. Wen-Feng, C. Ching-Hsu // Optics Express – 2004. – V. 12, N 24. – P. 5827-5833.
  14. McGloin, D. Three-dimensional arrays of optical bottle beams / D. McGloina, G.C. Spaldinga, H. Melvillea, W. Sibbetta, K. Dholakiaa // Optics Communications. – 2003. – V. 225, N 4-6. – P. 215-222.
  15. Tao, S.H. The generation of an array of nondiffracting beams by a single composite computer generated hologram / S.H. Tao, X.-C. Yuan and B.S. Ahluwalia // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. – 2005. – V. 7. – P. 40-46.
  16. Котляр, В.В. Методы кодирования композиционных ДОЭ / В.В. Котляр, С.Н. Хонина, В.А. Сойфер // Компьютерная оптика. – 2001. – Вып. 21. – С. 36-39.
  17. Durnin, J. Diffraction-free beams / J. Durnin, J.J. Miceli, J.H. Eberly // Phys. Rev. Lett. – 1987. – V. 58. – P. 1499-1501.
  18. Herman, R.M. Hollow beams of simple polarization for trapping and storing atoms / R.M. Herman, T.A. Wiggins // J. Opt. Soc. Am. – 2002. – V. 19, N 1. – P. 116-121.
  19. McQueen, C.A. An experiment to study a “nondiffracting” light beam / C.A. McQueen, J. Arlt, K. Dholakia // Am. J. Phys. – 1999. – V. 67. – P. 912-915.
  20. Kotlyar, V.V. An algorithm for the generation of laser beams with longitudinal periodicity: rotating images / V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, V.A. Soifer // Journal of Modern Optics. – 1997. – V. 44. – P. 1409-1416.
  21. Khonina, S.N. An analysis of the angular momentum of a light field in terms of angular harmonics / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, P. Paakkonen, J. Simonen, J. Tu­runen // Journal of Modern optics. – 2001. – V. 48(10). – P. 1543-1557.
  22. Khonina, S.N. Rotation of microparticles with Bessel beams generated by diffractive elements / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, R.V. Skidanov, V.A. Soifer, K. Jefimovs, J. Simonen, J. Turunen // J. Mod. Opt. – 2004. – V. 51, N 14. – P. 2167-2184.
  23. Котляр, В.В. Кодирование дифракционных оптических элементов методом локального фазового скачка / В.В. Котляр, С.Н. Хонина, А.С. Мелехин, В.А. Сой­фер // Компьютерная оптика. – 1999. – Вып. 19. – С. 54-64.

References:

  1. Arlt, J. Generation of a beam with a dark focus surrounded by regions of higher intensity: the optical bottle beam / J. Arlt, M.J. Padgett // Optics Letters. – 2000. – V. 25. – N 4. – P. 191-193
  2. Ahluwalia, B.P.S. Micromanipulation of high and low indices microparticles using a microfabricated double axicon / B.P.S. Ahluwalia, X.-C. Yuan, S.H. Tao, W.C. Cheong, L.S. Zhang and H. Wang // J. Appl. Phys. – 2006. – V. 99. – P. 113104
  3. Daria, V.C. Dynamic array of dark optical traps / Vincent Ricardo Daria, Peter John Rodrigo and Jesper Gluckstad // Appl. Phys. Lett. – 2004. – V. 84, N 3. – P. 323-325.
  4. Zhang, P. Trapping and transporting aerosols with a single optical bottle beam generated by Moire techniques / Zhang Peng, Ze Zhang, Jai Prakash, Simon Huang, Daniel Hernandez, Matthew Salazar, Demetrios N. Christodoulides and Zhigang Chen // Optics Letters. – 2011. – V. 36, N 8. – P. 1491-1493.
  5. Shvedov, V.G.  Optical vortex beams for trapping and transport of particles in air / V.G. Shvedov, A.S. Desyatnikov, A.V. Rode, Y.V. Izdebskaya, W.Z. Krolikowski, Y.S. Kiv­shar // Appl. Phys. A. – 2010. – V. 100(2). – P. 327-331.
  6. Ashkin, A. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles / A. Ashkin, J. M.Dzi­edzic, J.E. Bjorkholm, S. Chuk // Opt. Lett. – 1986. – V. 11(5). – P. 288-290.
  7. Isenhower, L. Atom trapping in an interferometrically generated bottle beam trap / L. Isenhower, W. Williams, A. Dally, and M. Saffman // Opt. Lett. – 2009. – V. 34, N 8. – P. 1159-1161.
  8. Ozeri, R. Long spin relaxation times in a single-beam blue-detuned optical trap / R. Ozeri, L. Khaykovich and N. Davidson // Phys. Rev. A. – 1999. – V. 59(3). – P. R1750- R1753.
  9. Lin, J.-H. Generation of supercontinuum bottle beam using an axicon / Ja-Hon Lin, Ming-Dar Wei, Hui-Hung Liang, Kuei-Huei Lin and Wen-Feng Hsieh // Optics Express. – 2007. – V. 15, N 6. – P. 2940-2946.
  10. de Angelisa, M. Axially symmetric hollow beams using refractive conical lenses / M. de Angelisa, L. Cacciapuotib, G. Pierattinia, G.M. Tino // Optics and Lasers in Engineering. – 2003. – V.39. – P. 283-291.
  11. Fengtie, W. Generation of self-imaged optical bottle beam by using / Wu Fengtie, Lu Wenhe, Liu Bin // Proc. SPIE. – 2010. – N 7721. – P. 77211C.
  12. Kachalov, D.G. Optimization binary DOE fro formation of the “light bottle” / D.G. Kachalov, K.A. Gamazkov, V.S. Pavelyev, S.N. Khonina // Computer optics. – 2011. V. 35, N 1. – P. 70-76. – (In Russian).
  13. Po-Tse, T. Direct generation of optical bottle beams from a tightly focused end-pumped solid-state laser / T. Po-Tse, H. Wen-Feng, C. Ching-Hsu // Optics Express – 2004. – V. 12, N 24. – P. 5827-5833.
  14. McGloin, D. Three-dimensional arrays of optical bottle beams / D. McGloina, G.C. Spaldinga, H. Melvillea, W. Sibbetta, K. Dholakiaa // Optics Communications. – 2003. – V. 225, N 4-6. – P. 215-222.
  15. Tao, S.H. The generation of an array of nondiffracting beams by a single composite computer generated hologram / S.H. Tao, X.-C. Yuan and B.S. Ahluwalia // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. – 2005. – V. 7. – P. 40-46.
  16. Kotlyar, V.V. Methods of encoding composite DOE / V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, V.A. Soifer // Computer Optics. – 2001. – V. 21. – P. 36-39. – (In Russian).
  17. Durnin, J. Diffraction-free beams / J. Durnin, J.J. Miceli, J.H. Eberly // Phys. Rev. Lett. – 1987. – V. 58. – P. 1499-1501.
  18. Herman, R.M. Hollow beams of simple polarization for trapping and storing atoms / R.M. Herman, T.A. Wiggins // J. Opt. Soc. Am. – 2002. – V. 19, N 1. – P. 116-121.
  19. McQueen, C.A. An experiment to study a “nondiffracting” light beam / C.A. McQueen, J. Arlt, K. Dholakia // Am. J. Phys. – 1999. – V. 67. – P. 912-915.
  20. Kotlyar, V.V. An algorithm for the generation of laser beams with longitudinal periodicity: rotating images / V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, V.A. Soifer // Journal of Modern Optics. – 1997. – V. 44. – P. 1409-1416.
  21. Khonina, S.N. An analysis of the angular momentum of a light field in terms of angular harmonics / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, P. Paakkonen, J. Simonen, J. Tu­runen // Journal of Modern optics. – 2001. – V. 48(10). – P. 1543-1557.
  22. Khonina, S.N. Rotation of microparticles with Bessel beams generated by diffractive elements / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, R.V. Skidanov, V.A. Soifer, K. Jefimovs, J. Simonen, J. Turunen // J. Mod. Opt. – 2004. – V. 51, N 14. – P. 2167-2184.
  23. Kotlyar, V.V. Encoding of diffractive optical elements by local phase jump method / V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, A.S. Melekhin, V.A. Soifer // Computer optics. – 1999. – V. 19. – P. 54-64. – (In Russian).
© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846 2) 332-56-22, факс: +7 (846 2) 332-56-20