(50-4) 01 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Вихревой волоконный петлевой резонатор Мёбиуса
Б.П. Лапин1, Е.В. Макурина1, М.А. Яворский1, К.Н. Алексеев1

1Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского, 295007, Россия, Симферополь, пр-т Вернадского, д. 4

  Полный текст (PDF)

DOI: 10.18287/COJ1791

ID статьи: 1791

Аннотация:
В данной работе исследуется петлевой резонатор со скрытой топологией ленты Мёбиуса (ПРМ), в котором петля сформирована скрученным сильноэллиптическим волокном. Показано, что внедрение топологии Мёбиуса в резонатор данного типа расширяет его возможности и позволяет увеличить число типов структурированных пучков, характеристиками которых можно параметрически сверхэффективно управлять. В качестве примера продемонстрировано, что с помощью ПРМ можно генерировать частотные гребёнки как для оптических вихрей, так и для мод Лагерра-Гаусса с единичным по модулю азимутальным числом. Предложенная система может служить основой для создания волоконных лазеров, генерирующих структурированные пучки.

Ключевые слова:
оптическое волокно, петлевой резонатор, оптический вихрь, орбитальный угловой момент, лента Мёбиуса, волоконный лазер, оптическая частотная гребёнка.

Благодарности:
Данная работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, Проект № FZEG-2026-0011.

Цитирование:
Лапин, Б.П. Вихревой волоконный петлевой резонатор Мёбиуса / Б.П. Лапин, Е.В. Макурина, М.А. Яворский, К.Н. Алексеев // Компьютерная оптика. - 2026. - Т. 50, № 4. - 1791. - DOI: 10.18287/COJ1791

Citation:
Lapin BP, Makurina EV, Yavorsky MA, Alexeyev CN. Vortex Möbius fiber loop resonator. Computer Optics 2026; 50(4): 1791. DOI: 10.18287/COJ1791.

References:

  1. Walba DM, Richards RM, Haltiwanger RC. Total synthesis of the first molecular Möbius strip. J Am Chem Soc 1982; 104(11): 3219-3221. doi:10.1021/ja00375a051.
  2. Cooke SJ, Pond JM. Modes in a Möbius wire-loaded cavity resonator. Microw Opt Technol Lett 2001; 31(1): 6-9. doi:10.1002/mop.1341.
  3. Kreismann J, Hentschel M. The optical Möbius strip cavity: tailoring geometric phases and far fields. Europhys Lett 2018; 121(2): 24001. doi:10.1209/0295-5075/121/24001.
  4. Wang J, Valligatla S, Yin Y, Schwarz L, Medina-Sánchez M, Baunack S, Lee CH, Thomale R, Li S, Fomin VM, Ma L, Schmidt OG. Experimental observation of Berry phases in optical Möbius-strip microcavities. Nat Photonics 2023; 17: 120-125. doi:10.1038/s41566-022-01107-7.
  5. Song Y, Monceaux Y, Bittner S, Chao K, Reynoso de la Cruz HM, Lafargue C, Decanini D, Dietz B, Zyss J, Grigis A, Checoury X, Lebental M. Möbius strip microlasers: a testbed for non-Euclidean photonics. Phys Rev Lett 2021; 127(20): 203901. doi:10.1103/PhysRevLett.127.203901.
  6. Xu XB, Shi L, Guo GC, Dong CH, Zou CL. "Möbius" microring resonator. Appl Phys Lett 2019; 114(10): 101106. doi:10.1063/1.5082675.
  7. Tanda S, Tsuneta T, Okajima Y, Inagaki K, Yamaya K, Hatakenaka N. A Möbius strip of single crystals. Nature 2002; 417: 397-398. doi:10.1038/417397a.
  8. Chang CW, Liu M, Nam S, Zhang S, Liu Y, Bartal G, Zhang X. Optical Möbius symmetry in metamaterials. Phys Rev Lett 2010; 105(23): 235501. doi:10.1103/PhysRevLett.105.235501.
  9. Gravesen J, Willatzen M. Eigenstates of Möbius nanostructures including curvature effects. Phys Rev A 2005; 72(3): 032108. doi:10.1103/PhysRevA.72.032108.
  10. Li Z, Ram-Mohan LR. Quantum mechanics on a Möbius ring: energy levels, symmetry, optical transitions, and level splitting in a magnetic field. Phys Rev B 2012; 85(19): 195438. doi:10.1103/PhysRevB.85.195438.
  11. Bělín J, Tyc T, Horsley SAR. Optical simulation of quantum mechanics on the Möbius strip, Klein bottle and other manifolds, and Talbot effect. New J Phys 2021; 23(3): 033003. doi:10.1088/1367-2630/abe445.
  12. Wu LT, Guo RP, Cui TJ, Chen J. A photonic analog of Möbius strips using coupled optical ring resonators. J Opt 2017; 19(2): 025101. doi:10.1088/2040-8986/19/2/025101.
  13. Chen R, Zhu P, Yang X, Lian H, Fan Y, Wang ZY. Eigenmode and eigenpropagation of the electromagnetic waves in Möbius and Klein networks. Opt Express 2024; 32(22): 38055-38071. doi:10.1364/OE.537190.
  14. Freund I. Multitwist optical Möbius strips. Opt Lett 2010; 35(2): 148-150. doi:10.1364/OL.35.000148.
  15. Freund I. Optical Möbius strips in three-dimensional ellipse fields: I. Lines of circular polarization. Opt Commun 2010; 283(1): 1-15. doi:10.1016/j.optcom.2009.09.042.
  16. Bauer T, Banzer P, Karimi E, Orlov S, Rubano A, Marrucci L, Santamato E, Boyd RW, Leuchs G. Observation of optical polarization Möbius strips. Science 2015; 347(6225): 964-966. doi:10.1126/science.1260635.
  17. Bauer T, Neugebauer M, Leuchs G, Banzer P. Optical polarization Möbius strips and points of purely transverse spin density. Phys Rev Lett 2016; 117(1): 013601. doi:10.1103/PhysRevLett.117.013601.
  18. Su L, Meng X, Xiao Y, Wan C, Zhan Q. Generation of transversely oriented optical polarization Möbius strips. Opt Express 2021; 29(17): 25535-25542. doi:10.1364/OE.432591.
  19. Grigoriev KS, Makarov VA. Indices of polarization Möbius strips surrounding lines of circular polarization in nonparaxial optical fields. Opt Lett 2023; 48(17): 4420-4423. doi:10.1364/OL.501313.
  20. Li S, Zeng X, Zhou J, Cheng Z, Feng Y. Polarization and longitudinal modes of Möbius fiber ring lasers. Optica 2022; 9(12): 1394-1400. doi:10.1364/OPTICA.474407.
  21. Sun S, Shi Z, Wang Q, Wang Z, Liu YG, Xiang D, Wang P. Position-modulated pulse train generation based on Möbius mode-locked fiber laser: theory. J Lightwave Technol 2024; 42(24): 8383-8390. doi:10.1109/JLT.2024.3427855.
  22. Forbes A, de Oliveira M, Dennis MR. Structured light. Nat Photonics 2021; 15: 253-262. doi:10.1038/s41566-021-00780-4.
  23. Bliokh KY. Geometrical optics of beams with vortices: Berry phase and orbital angular momentum Hall effect. Phys Rev Lett 2006; 97(4): 043901. doi:10.1103/PhysRevLett.97.043901.
  24. Alexeyev CN, Lapin BP, Yavorsky MA. Whispering gallery vortex modes of Möbius fiber-ring resonators. Opt Lett 2025; 50(17): 5334-5337. doi:10.1364/OL.568517.
  25. Alexeyev CN, Yavorsky MA. Optical vortices and the higher order modes of twisted strongly elliptical optical fibres. J Opt A: Pure Appl Opt 2004; 6(9): 824-830. doi:10.1088/1464-4258/6/9/002.
  26. Alexeyev CN, Alieva SS, Barshak EV, Lapin BP, Yavorsky MA. Structured light transformations and orbital angular momentum control in a three-coil optical snake. Computer Optics 2022; 46(5): 701-712. doi:10.18287/2412-6179-CO-1121.
  27. Barshak EV, Yavorsky MA, Vikulin DV, Lapin BP, Volyar AV, Alexeyev CN. Polarization and topological mode dispersion of optical vortices in circular optical fibers. Computer Optics 2019; 43(1): 25-34. doi:10.18287/2412-6179-2019-43-1-25-34.
  28. Berry MV. The geometric phase. Sci Am 1988; 259(6): 26-34.
  29. Alexeyev CN, Alexeyev AN, Lapin BP, Yavorsky MA. Controlling the optical angular momentum by elliptical anisotropic fibres. J Opt A: Pure Appl Opt 2009; 11(10): 105406. doi:10.1088/1464-4258/11/10/105406.
  30. Alexeyev CN, Barshak EV, Lapin BP, Vikulin DV, Yavorsky MA. Parametric control of propagation of optical vortices through fibre ring resonators. J Opt 2021; 23(6): 064005. doi:10.1088/2040-8986/abf6de.
  31. Milione G, Ip E, Li MJ, Stone J, Peng G, Wang T. Mode crosstalk matrix measurement of a 1 km elliptical core few-mode optical fiber. Opt Lett 2016; 41(12): 2755-2758. doi:10.1364/OL.41.002755.
  32. Udem T, Holzwarth R, Hänsch TW. Optical frequency metrology. Nature 2002; 416: 233-237. doi:10.1038/416233a.
  33. Lapin BP, Barshak EV, Yavorsky MA, Alexeyev CN. Propagation of optical vortices in an add-drop resonator based on a vertical array of ring resonators. Computer Optics 2024; 48(2): 197-203. doi:10.18287/2412-6179-CO-1392.
  34. Berry MV. Paraxial beams of spinning light. Proc SPIE 1998; 3487: 6-11. doi:10.1117/12.317704.

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