Analysis of the orbital angular momentum of superposition of diffraction-free Bessel beams with a complex shift

Abstract

Институт систем обработки изображений РАН, 2 Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва(национальный исследовательский университет) (СГАУ) Аннотация Получено аналитическое выражение для расчёта нормированного орбитального углово-го момента (ОУМ) для суперпозиции смещённых с оптической оси пучков Бесселя с одина-ковым топологическим зарядом. Это выражение позволяет формировать бездифракционные пучки с разным распределением интенсивности, но с одинаковым ОУМ. Показано также, что комплексное смещение пучка Бесселя приводит к изменению распределения интенсив-ности в сечении пучка и изменению его ОУМ. Суперпозиция двух и более пучков Бесселя с комплексным смещением может не менять ОУМ, хотя распределение интенсивности будет меняться. Эксперимент хорошо согласуется с теорией.Ключевые слова: бездифракционный лазерный пучок, непараксиальная мода Бесселя, орбитальный угловой момент, комплексное смещение решения уравнения Гельмгольца, мо-дулятор света. В этой работе рассматривается суперпозиция смещённых с оптической оси пучков Бесселя одина-кового порядка (с одинаковым топологическим заря-дом). Получено общее аналитическое выражение для ОУМ такой суперпозиции. Показано, что если весо-вые коэффициенты суперпозиции -действительные числа, то ОУМ всей суперпозиции пучков Бесселя равен ОУМ одного несмещённого пучка Бесселя. Это позволяет формировать бездифракционные пучки с разным распределением интенсивности, но с одина-ковым ОУМ. Показано, что суперпозиция множества одинаковых пучков Бесселя, центры которых распо-ложены на окружности любого радиуса, эквивалентна одному пучку Бесселя из этой суперпозиции, распо-ложенному в центре окружности. Показано также, что комплексное смещение пучка Бесселя приводит к изменению распределения интенсивности в сечении пучка и изменению его ОУМ. Суперпозиция двух пучков Бесселя с комплексным смещением может не менять ОУМ, хотя распределение интенсивности бу-дет меняться. Результаты моделирования хорошо со-гласуются с экспериментальными данными. Введение

Optical trapping of air-borne light-absorbing particles with various laser beams

“…There are various methods of forming such HOBs that have a predetermined crosssectional shape [20][21][22][23][24]. Changing the cross-sectional shape of the beams can change the shape of the region in which trapped particles will be moved.…”

Near-field spectral shift of a zero-order Bessel beam scattered from a spherical particle

“…These beams are non-diffracting (they propagate without any change in their shape) and, furthermore, self-healing. Other class of non-diffracting beams, such as the Mathieu beams, Parabolic beams, Lommel beams and Airy beams have attracted much attention [20][21][22][23][24]. The propagation and scattering properties of these beams have…”