Главная / Библиотека / Спиральные фазовые пластины в сингулярной оптике

Спиральные фазовые пластины в сингулярной оптике

Спиральные фазовые пластины в сингулярной оптике

Спиральные фазовые пластины предназначены для создания вихревых пучков, обладающих орбитальным угловым моментом. Эти пучки получили широкое распространение для оптического захвата и вращения микрочастиц; интерферометрии для распознавания выпуклых и вогнутых частей волнового фронта; звездного коронографа для наблюдения планетарной системы отдельных звезд; оптической обработке изображений для выполнения преобразований Ханкеля и Гильберта; телекоммуникационных систем для уплотнения информационного канала с помощью пучков с разным состоянием орбитального углового момента.

Остановимся подробнее на свойствах и принципе работы спиральных пластин. В качестве примера рассмотрим спиральную фазовую пластину Optical Vortex производства компании Holo/Or.

Принцип работы
Спиральная пластинка со скачком рельефа, спиральная фазовая пластинка (СФП) – это дифракционный элемент, структура которого позволяет управлять фазой излучения (рис.1):

2_СФП

 

Рисунок 1. «Винтовая лестница» - боковой вид спиральной фазовой пластины

Глубина «ступени» определяется значением функции, взятой от расчетной длины волны и оптического показателя преломления материала подложки. Как правило, глубина ступени имеет тот же порядок величины, что и расчетная длина волны. Таким образом, каждая ступень фазовой пластинки имеет собственную рабочую длину волны.
Спиральные фазовые пластины Holo/Or могут быть изготовлены на заказ по индивидуальным параметрам.

 

Топологический заряд
Топологический заряд характеризует винтовую дислокацию сингулярного пучка. На рисунке 1 один цикл «лестницы» совершает полный оборот вокруг оси - для этой вихревой фазовой пластины топологический заряд равен 1. На рисунке 2 показаны поверхности вихревой фазовой пластинки при m = 2, m = 3 и m = 4.

3_СФП

 

Рисунок 2. Поверхности волновой фазовой пластины с топологическим зарядом, равным 2, 3, 4.

Одним из основных следствий более высокого топологического заряда является увеличение углового момента вихревого пучка в m раз. Визуально можно наблюдать размеров картины на экране интенсивности кольца в m раз, как показано на рис. 3.

4_СФП

Рисунок 3. Изображения профиля интенсивности вихревых пучков с растущим значением m.

5_СФП

Рисунок 4. Схема установки. Двухэтапное преобразование пучка.
 

Для создания оптического вихревого пучка необходим коллимированный одномодовый гауссов пучок (TEM00). В дальнейшем одномодовое излучение будет преобразовано в осесимметричную моду TEM01. Такой пучок имеет как минимум два преимущества: во-первых, снижается чувствительность выходного пучка к смещению дифракционного элемента. Во-вторых, осесимметричный входной пучок позволит получить пятно меньшего размера. Вся оптика должна быть высокого качества, иметь низкий показатель неоднородности, чтобы не создавать искажений волнового фронта.
Если из-за механических или других ограничений дифракционная спиральная пластина будет расположена на некотором расстоянии от координаты перетяжки пучка, важно учесть это при проектировании дифракционного элемента. Иначе результирующая аберрация волнового фронта может вызвать интерференцию в выходном пучке.
Формула диаметра дифракционно-ограниченного пятна:

6_СФП

где L – рабочее расстояние,  λ– длина волны, D – диаметр входного пучка, M2 – фактор входного пучка.

Характеристики дифракционной оптики в установки:

  • Высокий порог повреждения
  • Эффективность передачи: >90%
  • Чувствительность к смещениям по X-Y: 5%
  • Нечувствительность к поворотам
  • Чувствительность к рабочему расстоянию: до 50% размера дифракционно-ограниченного пятна.

Чувствительность к линейным перемещениям и центровке пучка
Как показано на рис. 4, пространственный фильтр и расширитель пучка способствует стабильности компонентов оптической системы. Систему можно сделать менее чувствительной к смещениям, расширив входной пучок. Например, для входного луча диаметром 10 мм допуск 5% дает чувствительность 0,5 мм. Для иллюстрации влияния допусков приведены графики фазы пучка: (WD: 100 мм, λ: 633 нм).

7_СФП


Рисунок 5. Влияние децентрировки вдоль осей X-Y. Диаметр входного пучка 8 мм.

8_СФП

Рисунок 6. Влияние децентрировки вдоль осей X-Y. Диаметр входного пучка 15 мм.

©Holo/Or
 

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Holo/Or на территории РФ

Теги holoor спиральные фазовые пластины сингулярная оптика оптические вихри
Новые статьи
Измерение спектров флуоресценции Avantes

Флуоресцентная спектроскопия (т.н. флуорометрия или спектрофлуориметрия), представляет собой тип электромагнитной спектроскопии, при которой анализируется флуоресценция образца.

Применение дифракционных оптических элементов в преобразовании распределения интенсивности лазерного пучка

В статье изложены принципы работы и примеры использования современной дифракционной оптики: гомогенизаторов, светоделителей, формирователей профиля интенсивности.

Бриллюэновская спектроскопия

Высокая контрастность и подавление волн накачки в спектрометре LightMachinery HF-8999-532 позволили наблюдать отчетливый спектр Бриллюэна.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2