(50-2) 1 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Орбитальный угловой момент векторных световых полей
В.В. Котляр1,2, А.А. Ковалёв1,2

1Институт систем обработки изображений, НИЦ «Курчатовский институт», 443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151;
2Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

  Полный текст (PDF)

DOI: 10.18287/COJ1705

ID статьи: 1705

Аннотация:
В работе в дополнение к известному вектору орбитального углового момента (ОУМ), который характеризует азимутальную скорость изменения фазы каждой компоненты вектора напряженности электрического поля, добавлены еще два вектора ОУМ (поляризационный и гибридный), которые характеризуют азимутальные скорости изменения направления осей эллипса поляризации и изменения степени эллиптичности эллипса поляризации. Рассчитаны продольные проекции трех рассмотренных векторов ОУМ в плоскости фокуса при острой фокусировке оптического вихря с линейной поляризацией и цилиндрического векторного пучка высокого порядка. Показано, что отличными от нуля в плоскости фокуса для оптического вихря с круговой поляризацией являются только обычный и поляризационный ОУМ, а для цилиндрического поля отличным от нуля является только поляризационный ОУМ. Интересно, что поляризационный ОУМ для линейной поляризации в начальной плоскости равен нулю, а в плоскости острого фокуса света с линейной поляризации этот ОУМ отличен от нуля.

Ключевые слова:
орбитальный угловой момент, векторное световое поле, поляризационный орбитальный угловой момент, гибридный орбитальный угловой момент, острая фокусировка, цилиндрический векторный пучок.

Цитирование:
Котляр, В.В. Орбитальный угловой момент векторных световых полей / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв // Компьютерная оптика. - 2026. -- Т. 50, № 2. - 1705. - DOI: 10.18287/COJ1705.

Citation:
Kotlyar VV, Kovalev AA. Orbital angular momentum of vector light fields. Computer Optics 2026; 50(2): 1705. DOI: 10.18287/COJ1705.

References:

  1. Zhai Y, Cao L, Liu Y, Tan X. A review of polarization-sensitive materials for polarization holography. Materials 2020; 13(23): 5562. DOI: 10.3390/ma13235562.
  2. Achimova E. Direct surface relief formation in nanomultilayers based on chalcogenide glasses: A review. Surf Eng Appl Electr 2016; 52: 456-468. DOI: 10.3103/S1068375516050021.
  3. Du X, Wu H, Peng Z, Tan C, Yang L, Wang Z. Room-temperature polarization-sensitive photodetectors: Materials, device physics, and applications. Mat Sci Eng R Rep 2024; 161: 100839. DOI: 10.1016/j.mser.2024.100839.
  4. Song S, Kim J, Moon T, Seong B, Kim W, Yoo CH, Choi JK, Joo C. Polarization-sensitive intensity diffraction tomography. Light Sci Appl 2023; 12(1): 124. DOI: 10.1038/s41377-023-01151-0.
  5. Li Z, Xu B, Liang D, Pan A. Polarization-dependent optical properties and optoelectronic devices of 2D materials. Research 2020; 2020: 5464258. DOI: 10.34133/2020/5464258.
  6. Lin Z, Yang X, He J, Dong N, Li B. Structural and optoelectronic characterization of anisotropic two-dimensional materials and applications in polarization-sensitive photodetectors. Appl Phys Rev 2025; 12(1): 011301. DOI: 10.1063/5.0226193.
  7. He Z, Guan H, Liang X, Chen J, Xie M, Luo K, An R, Ma L, Ma F, Yang T, Lu H. Broadband, polarization-sensitive, and self-powered high-performance photodetection of hetero-integrated MoS2 on lithium niobate. Research 2023; 6: 0199. DOI: 10.34133/research.0199.
  8. Tripathi RPN, Yang X, Gao J. Polarization-sensitive optical responses from natural layered hydrated sodium sulfosalt gerstleyite. Sci Rep 2022; 12: 4242. DOI: 10.1038/s41598-022-08235-8.
  9. Gertners U, Teteris J. The impact of light polarization on the direct relief forming processes in As2S3 thin films. IOP Conf Ser: Mater Sci Eng 2012; 38: 012026. DOI: 10.1088/1757-899X/38/1/012026.
  10. Trunov ML. Polarization-dependent laser-induced giant mass transport in glassy semiconductors. JETP Lett 2007; 86(5): 313-316. DOI: 10.1134/S0021364007170079.
  11. Hubert C, Fiorini-Debuisschert C, Maurin I, Nunzi JM, Raimond P. Spontaneous patterning of hexagonal structure in an azo-polymer using light-controlled mass transport. Adv Mater 2002; 14(10): 729-732. DOI: 10.1002/1521-4095(20020517)14:10<729::AID-ADMA729>3.0.CO;2-1.
  12. Hubert C, Fiorini-Debuisschert C, Rocha L, Raimond P, Nunzi JM. Spontaneous photoinduced patterning of azo-dye polymer films: the facts. J Opt Soc Am B 2007; 24(8): 1839-1846. DOI: 10.1364/JOSAB.24.001839.
  13. Li YB, He YN, Tong XL, Wang XG. Stretching effect of linearly polarized Ar+ laser single-beam on azo polymer colloidal spheres. Langmuir 2006; 22(5): 2288-2291. DOI: 10.1021/la052884b.
  14. Wang Z, Hsu C, Wang X. Topographical transition of submicron pillar array of azo molecular glass induced by circularly polarized light. Sci Rep 2021; 11: 7327. DOI: 10.1038/s41598-021-86794-y.
  15. Porfirev AP, Khonina SN, Khorin PA, Ivliev NA. Polarization-sensitive direct laser patterning of azopolymer thin films with vortex beams. Opt Lett 2022; 47(19): 5080-5083. DOI: 10.1364/OL.471236.
  16. Porfirev AP, Khonina SN, Ivliev NA, Fomchenkov SA, Porfirev DP, Karpeev SV. Polarization-sensitive patterning of azopolymer thin films using multiple structured laser beams. Sensors 2023; 23(1): 112. DOI: 10.3390/s23010112.
  17. Huang H, Wang Z, Li X, Yang F, Su Y, Xu J, Wang X. Directional mass transfer of azo molecular glass microsphere induced by polarized light in aqueous immersion media. RSC Adv 2021; 11: 15387-15399. DOI: 10.1039/D1RA01904J.
  18. Pawlik G, Mitus AC. Photoinduced mass transport in azo-polymers in 2D: Monte Carlo study of polarization effects. Materials 2020; 13(21): 4724. DOI: 10.3390/ma13214724.
  19. Huang H, Su Y, Xu J, Wang X. Asymmetric morphology transformation of azo molecular glass microspheres induced by polarized light. Langmuir 2019; 35(47): 15295-15305. DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b02882.
  20. Allen L, Beijersbergen MW, Spreeuw RJC, Woerdman JP. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes. Phys Rev A 1992; 45(11): 8185-8189. DOI: 10.1103/physreva.45.8185.
  21. Berry MV. Optical vortices evolving from helicoidal integer and fractional phase steps. J Opt A: Pure Appl Opt 2004; 6(2): 259-268. DOI: 10.1088/1464-4258/6/2/018.
  22. Berry MV. Index formulae for singular lines of polarization. J Opt A: Pure Appl Opt 2004; 6(7): 675-678. DOI: 10.1088/1464-4258/6/7/003.
  23. Freund I. Polarization singularity indices in Gaussian laser beams. Opt Commun 2002; 201(4-6): 251-270. DOI: 10.1016/s0030-4018(01)01725-4.
  24. Zhan Q. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications. Adv Opt Photon 2009; 1(1): 1-57. DOI: 10.1364/AOP.1.000001.
  25. Fang L, Wang J. Optical angular momentum derivation and evolution from vector field superposition. Opt Express 2017; 25(19): 23364-23375. DOI: 10.1364/OE.25.023364.
  26. Beckley AM, Brown TG, Alonso MA. Full Poincaré beams. Opt Express 2010; 18(10): 10777-10785. DOI: 10.1364/OE.18.010777.
  27. Khonina SN, Ustinov AV, Porfirev AP. Generation of light fields with controlled non-uniform elliptical polarization when focusing on structured laser beams. Photonics 2023; 10(10): 1112. DOI: 10.3390/photonics10101112.
  28. Kotlyar VV, Kovalev AA, Stafeev SS, Telegin AM. Orbital angular momentum at the tight focus of a circularly polarized Gaussian beam. J Opt Soc Am A 2025; 42(1): 52-58. DOI: 10.1364/JOSAA.543260.
  29. Kovalev AA, Kotlyar VV. Spin Hall effect of double-index cylindrical vector beams in a tight focus. Micromachines 2023; 14(2): 494. DOI: 10.3390/mi14020494.
  30. Kotlyar VV, Stafeev SS, Kovalev AA, Zaitsev VD. Spin Hall effect before and after the Focus of a high-order cylindrical vector beam. Appl Sci 2022; 12(23): 12218. DOI: 10.3390/app122312218.
  31. Richards B, Wolf E. Electromagnetic diffraction in optical systems, II. Structure of the image field in an aplanatic system. Proc R Soc Lond A Math Phys Sci 1959; 253(1274): 358-379. DOI: 10.1098/rspa.1959.0200.

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