(50-2) 5 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Формирование и преобразование поляризационных особенностей векторных пучков при внеосевой интерференции
М.В. Брецько1, С.И. Якубов1, С.И. Халилов1, Я.Е. Акимова1, А.В. Воляр1

1Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского», 295007, Республика Крым, г. Симферополь, просп. Академика Вернадского, д. 4

  Полный текст (PDF)

DOI: 10.18287/COJ1740

ID статьи: 1740

Аннотация:
В работе исследуется формирование поляризационных сингулярностей, возникающих в результате несоосной интерференции векторных пучков различной симметрии. Предложена аналитическая модель суперпозиции двух пространственно смещённых пучков с произвольными топологическими зарядами и фазовыми параметрами. Показано, что в области их перекрытия могут возникать поляризационные особенности типа V- и C-точек, а также устойчивые конфигурации вида lemon и star. На основе параметров Стокса проведена классификация особенностей и определены условия их формирования. Проведено численное моделирование, позволяющее установить оптимальное значение смещения пучков, при котором в центре формируется симметричная поляризационная сингулярность. Результаты подтверждены экспериментально.

Ключевые слова:
оптический вихрь, поляризационная сингулярность, некоаксиальная интерференция.

Цитирование:
Брецько, М.В. Формирование и преобразование поляризационных особенностей векторных пучков при внеосевой интерференции / М.В. Брецько, С.И. Якубов, С.И. Халилов, Я.Е. Акимова, А.В. Воляр // Компьютерная оптика. - 2026. - Т. 50, № 2. - 1740. - DOI: 10.18287/COJ1740.

Citation:
Bretsko MV, Yakubov SI, Khalilov SI, Akimova YaE, Volyar AV. Formation and transformation of polarization features of vector beams during off-axis interference. Computer Optics 2026; 50(2): 1740. DOI: 10.18287/COJ1740.

References:

  1. Gbur GJ. Singular optics. 1st ed. Boca Raton: CRC Press; 2016. ISBN: 978-1315374260.
  2. Shen Y, Wang X, Xie Z, Min C, Fu X, Liu Q, Gong M, Yuan X. Optical vortices 30 years on: OAM manipulation from topological charge to multiple singularities. Light Sci Appl 2019; 8: 90. DOI: 10.1038/s41377-019-0194-2.
  3. Forbes A, de Oliveira M, Dennis MR. Structured light. Nat Photonics 2021; 15: 253-262. DOI: 10.1038/s41566-021-00780-4.
  4. Rubinsztein-Dunlop H, Forbes A, Berry MV, Dennis MR, Andrews DL, Mansuripur M, Denz C, Alpmann C, Banzer P, Bauer T, Karimi E, Marrucci L, Padgett M, Ritsch-Marte M, Litchinitser NM, Bigelow NP, Rosales-Guzmán C, Belmonte A, Torres JP, Neely TW, Baker M, Gordon R, Stilgoe AB, Romero J, White AG, Fickler R, Willner AE, Xie G, McMorran B, Weiner AM. Roadmap on structured light. J Opt 2016; 19(1): 013001. DOI: 10.1088/2040-8978/19/1/013001.
  5. Kotlyar VV, Kovalev AA, Nalimov AG. Topological charge of optical vortices. 1st ed. Boca Raton: CRC Press; 2022. ISBN: 978-1-032-34553-6.
  6. Kazanskiy NL, Khonina SN, Karpeev SV, Porfirev AP. Diffractive optical elements for multiplexing structured laser beams. Quantum Electron 2020; 50(7): 629-635. DOI: 10.1070/QEL17276.
  7. Dennis MR, O'Holleran K, Padgett MJ. Optical vortices and polarization singularities. Prog Opt 2009; 53: 293-363. DOI: 10.1016/S0079-6638(08)00205-9.
  8. Berry MV, Dennis MR, Lee RL Jr. Polarization singularities in the clear sky. New J Phys 2004; 6(1): 162. DOI: 10.1088/1367-2630/6/1/162.
  9. Kotlyar VV, Stafeev SS, Nalimov AG. Sharp focusing of laser light. 1st ed. Boca Raton: CRC Press; 2019. ISBN: 978-0-367-36444-1.
  10. Shvedov V, Krolikowski W, Volyar A, Neshev DN, Desyatnikov AS, Kivshar YuS. Focusing and correlation properties of white-light optical vortices. Opt Express 2005; 13(19): 7393-7398. DOI: 10.1364/OPEX.13.007393.
  11. Khonina SN, Porfirev AP. Harnessing of inhomogeneously polarized Hermite-Gaussian vector beams to manage the 3D spin angular momentum density distribution. Nanophotonics 2022; 11(4): 697-712. DOI: 10.1515/nanoph-2021-0418.
  12. Volyar AV, Fadeeva TA, Egorov YA. Vector singularities of Gaussian beams in uniaxial crystals: Optical vortex generation. Tech Phys Lett 2002; 28(11): 958-961. DOI: 10.1134/1.1526896.
  13. Soskin MS, Denisenko V, Freund I. Optical polarization singularities and elliptic stationary points. Opt Lett 2003; 28(17): 1475-1477. DOI: 10.1364/OL.28.001475.
  14. Kotlyar VV, Stafeev SS, Nalimov AG. Sharp focusing of a hybrid vector beam with a polarization singularity. Photonics 2021; 8(6): 227. DOI: 10.3390/photonics8060227.
  15. Kotlyar VV, Stafeev SS, Zaitsev VD, Telegin AM. Poincaré beams at the tight focus: Inseparability, radial spin Hall effect, and reverse energy flow. Photonics 2022; 9(12): 969. DOI: 10.3390/photonics9120969.
  16. Dennis MR. Polarization singularities in paraxial vector fields: morphology and statistics. Opt Commun 2002; 213(4-6): 201-221. DOI: 10.1016/S0030-4018(02)02088-6.
  17. Marrucci L, Karimi E, Slussarenko S, Piccirillo B, Santamato E, Nagali E, Sciarrino F. Spin-to-orbital conversion of the angular momentum of light and its classical and quantum applications. J Opt 2011; 13(6): 064001. DOI: 10.1088/2040-8978/13/6/064001.
  18. Huang X, Wu C, Xu X, Wang B, Zhang S, Shen C, Yu C, Wang J, Chi N, Yu S, Chang-Hasnain CJ. Polarization structured light 3D depth image sensor for scenes with reflective surfaces. Nat Commun 2023; 14: 6855. DOI: 10.1038/s41467-023-42678-5.
  19. He C, Shen Y, Forbes A. Towards higher-dimensional structured light. Light Sci Appl 2022; 11: 205. DOI: 10.1038/s41377-022-00897-3.
  20. Li Z, Liu W, Yuebian Z, Cheng H, Zhang S, Chen S. Optical polarization manipulations with anisotropic nanostructures. PhotoniX 2024; 5: 30. DOI: 10.1186/s43074-024-00143-6.
  21. Stafeev SS, O'Faolain L, Kotlyar VV, Nalimov AG. Tight focus of light using micropolarizer and microlens. Appl Opt 2015; 54(15): 4388-4394. DOI: 10.1364/AO.54.004388.
  22. Chernyshov AA, Fel’de KV, Bogatyreva GV, Polyanskii PV, Soskin MS. Vector singularities of superposition of mutually incoherent orthogonally polarized beams. Opt Spectrosc 2009; 107: 645-650. DOI: 10.1134/S0030400X09100191.
  23. Kurzynowski P, Woźniak WA, Zdunek M, Borwińska M. Singularities of interference of three waves with different polarization states. Opt Express 2012; 20(24): 26755-26765. DOI: 10.1364/OE.20.026755.
  24. Vyas S, Kozawa Y, Sato S. Polarization singularities in superposition of vector beams. Opt Express 2013; 21(7): 8972-8986. DOI: 10.1364/OE.21.008972.
  25. Karpeev SV, Podlipnov VV, Algubili AM. An interference scheme for generating inhomogeneously polarized laser radiation using a spatial light modulator. Computer Optics 2020; 44(2): 214-218. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-698.
  26. Aadhi A, Vaity P, Chithrabhanu P, Reddy SG, Prabakar S, Singh RP. Non-coaxial superposition of vector vortex beams. Appl Opt 2016; 55(5): 1107-1111. DOI: 10.1364/AO.55.001107.
  27. Freund I. Poincaré vortices. Opt Lett 2001; 26(24): 1996-1998. DOI: 10.1364/OL.26.001996.
  28. Pal SK, Senthilkumaran P. Synthesis of Stokes vortices. Opt Lett 2019; 44(1): 130-133. DOI: 10.1364/OL.44.000130.
  29. Arora G, Ruchi, Senthilkumaran P. Full Poincaré beam with all the Stokes vortices. Opt Lett 2019; 44(22): 5638-5641. DOI: 10.1364/OL.44.005638.
  30. Vallone G. On the properties of circular beams: normalization, Laguerre-Gauss expansion, and free-space divergence. Opt Lett 2015; 40(8): 1717-1720. DOI: 10.1364/OL.40.001717.
  31. Zhang Y, Li P, Ma C, Liu S, Cheng H, Han L, Zhao J. Efficient generation of vector beams by calibrating the phase response of a spatial light modulator. Appl Opt 2017; 56(17): 4956-4960. DOI: 10.1364/AO.56.004956.
  32. Harrison J, Mphuthi N, Mabena C, Naidoo D. High-energy generation of arbitrary cylindrical vector vortex beams using a modified Mach-Zehnder interferometer. Appl Opt 2025; 64(3): 60-68. DOI: 10.1364/AO.64.000C60.
  33. Born M, Wolf E. Principles of optics. Oxford: Pergamon Press; 1959.
  34. Volyar A, Abramochkin E, Akimova Y, Bretsko M. Super bursts of the orbital angular momentum in astigmatic-invariant structured LG beams. Opt Lett 2022; 47(21): 5537-5540. DOI: 10.1364/OL.474385.
  35. Volyar A, Abramochkin E, Akimova Y, Bretsko M. Astigmatic-invariant structured singular beams. Photonics 2022; 9(11): 842. DOI: 10.3390/photonics9110842.
  36. Volyar AV, Abramochkin EG, Akimova YE, Bretsko MV. Reconstruction of stable states of spiral vortex beams. Computer Optics 2022; 46(1): 5-15. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1032.

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