The behavior of the light field near the beam waist has attracted considerable attention due to the studies of the light spin-orbit interaction: it's manifestation as well as potential applications. Similarly, the light beam diffraction can reveal new light particularities. We have studied the far-field diffraction of a Gaussian beam by a half-plane edge placed near the beam waist. We have solved numerically the Helmholtz equation using the spectral method. We have found symmetric penetration of the light energy into the shadow region if we placed the half-plane edge exactly in the beam waist region. The symmetry gets broken down as the edge moves along the optical axis toward or away from the lens at a distance more than 0.01% of the focal length. Experimental verification has been obtained using a Gaussian beam focused by a lens of 4 cm focal length. The results can be used for precise determination of the beam waist position while investigating the effects of the light spin-orbit interaction in focused Gaussian beams.
The spin angular momentum and the extrinsic orbital angular momentum of light are associated with the polarization of light and the light propagation trajectory, respectively. Those momenta are interdependent not only in an inhomogeneous or anisotropic medium but even in free space. This interaction is called the spin-orbit interaction of light. The effects of the spin-orbit interaction of light manifest themselves in a small transverse shift of the beam field longitudinal component from the beam propagation axis in the waist region under the circular polarization sign change. They can be observed both for Gaussian beams and for structured beams. The effects of the spin-orbit interaction of light should be taken into account when nanophotonics devices are created, but the detailed investigation of the effect had not been performed yet due to the low intensity noise image of the beam waist. Precise measurements of the focal waist centerline are needed to determine the transverse shift of the beam field longitudinal component of the asymmetric converging beam's waist under the circular polarization sign change. We propose methods for determining the transverse and longitudinal positions of the beam waist. Computer image processing methods made it possible to obtain the value of the beam waist's transverse position with an accuracy of 0.1 mkm. These methods will allow further testing of the shifts' theoretical predictions, the values of which are the order of 1 mkm. The results obtained can also be used for laser processing of materials by polarized light and precise positioning of the beam's focal spot at a surface.
Исследован геометрический спиновый эффект Холла для ассиметрично сходящегося полного пучка Гаусса в новых экспериментальных условиях. Компьютерные методы обработки изображения позволили получить значение сдвига «центра тяжести» интенсивности z-компоненты в перетяжке светового пучка 3,0±0,5 мкм.Ключевые слова: спиновый эффект Холла, поперечный сдвиг перетяжки Введение Спиновый и орбитальный моменты фотона принято связывать с поляризацией и траекторией распространения света соответственно. Известно, что в неоднородной или анизотропной среде эти моменты взаимозависимы. Это взаимодействие принято называть спин-орбитальным взаимодействием или оптическим спиновым эффектом Холла для света.Подобный эффект наблюдается и в свободном пространстве, то есть вне зависимости от взаимодействия света с веществом. Этот эффект известен как геометрический спиновый эффект Холла. Впервые он был теоретически предсказан в работе [1], в которой показано, что при смене знака циркулярности циркулярно поляризованного ассиметрично сходящегося пучка Гаусса в плоскости перетяжки происходит сдвиг его «центра тяжести» в направлении, поперечном оси распространения света. Величина смещения мала и составляет значение порядка радиуса перетяжки пучка. Было показано, что наблюдение этого эффекта возможно в следующей схеме. Плоская циркулярно поляризованная волна распространяется в направлении ОZ и падает на линзу. Если перекрыть половину сходящегося монохроматического циркулярно поляризованного пучка непрозрачной заслонкой (y < 0), то у него появляется нескомпенсированная E z -компонента, распределение интенсивности которой при смене знака циркулярной поляризации претерпевает поперечное смещение в направление ОX.Первые наглядные результаты экспериментального обнаружения сдвига перетяжки пучка были представлены в работе [2]. Для формирования сходящегося пучка использовался короткофокусный объектив. С помощью специального экрана пучок перекрывался наполовину. Для визуализации светового пучка в область перетяжки помещалась рассеивающая среда (синтетический опал). В направлении, перпендикулярном оси светового пучка, наблюдалось рассеяние света, вызванное только z-компонентой светового поля. Оптическая система давала изображение фокальной перетяжки, которое записывалось на фотопластинку. Таким образом были получены фотографии пучка, сформированного вследствие рассеяния z-компоненты, для случая лево-и правоциркулярно поляризованного света, визуальное сравнение которых позволило судить о величине сдвига z-компоненты.Для той же схемы распространения света была предложена обобщенная теория [3], которая применима к пучку с произвольным распределением интенсивности в поперечном сечении. Рассчитана величина сдвига «центра тяжести» в общем случае. Также показано, что одинаковый по значению сдвиг «центра тяжести» сходящегося пучка имеет место во всех сечениях, а не только в плоскости перетяжки. Экспериментально наблюдение сдвига возможно только в фокальной плоскости, поскольку величина сдвига порядка величины перетяжки. Точность теоретических расчётов в работах [1,...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.