Spatially-variable retardation plate for efficient generation of radially- and azimuthally-polarized beams

Machavariani, G.; Lumer, Yaakov; Moshe, Inon; Meir, Avi; Jäckel, S.

doi:10.1016/j.optcom.2007.10.088

Cited by 145 publications

(71 citation statements)

References 35 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…В работах [1][2][3] для борьбы с указанными явле-ниями применяют низкочастотную пространствен-ную фильтрацию полученного пучка при помощи те-лескопической системы с точечной диафрагмой в фо-кусе. Это приводит к значительным потерям энергии, хотя дискретность из-за ограниченности числа секто-ров всё равно частично сохраняется.…”

Section: Introductionunclassified

“…Известны различ-ные схемы генерации цилиндрически поляризо-ванных пучков, использующие специальные устрой-ства как внутри, так и вне резонаторов. Главным преимуществом внерезонаторных методов является универсальность.Среди внерезонаторных методов формирования неоднородно поляризованных лазерных пучков от-дельно стоят методы, основанные на применении секторных пластинок, в которых сектора представля-ют собой соответствующим образом ориентирован-ные либо полуволновые пластинки [1,2], либо плё-ночные поляризаторы [3]. В первом варианте исполь-зуется линейно поляризованный освещающий пучок, а во втором случае -пучок с круговой поляризацией.…”

unclassified

See 1 more Smart Citation

Experimental study of focusing of inhomogeneously polarized beams generated using sector polarizing plates

Alferov¹,

Карпеев²,

Хонина³

et al. 2014

Computer Optics

View full text Add to dashboard Cite

Экспериментальное исследование фокусировки неоднородно поляризованных… Алфёров С.В., Карпеев С.В., Хонина С.Н., Моисеев О.Ю. Аннотация Экспериментально исследована фокусировка неоднородно поляризованных лазерных пучков, сформированных секторными пластинками. Проведён анализ шумовых искажений пучков, сформированных различными типами пластинок. Фокусировка производилась мик-рообъективом с высокой числовой апертурой и дифракционным аксиконом с умеренной числовой апертурой. Экспериментально показано, что при фокусировке таких пучков шумы в силу своей высокочастотной природы мало влияют на распределение интенсивности в центре области фокусировки, которое согласуется с приведёнными результатами численно-го моделирования.Ключевые слова: неоднородная поляризация, секторные поляризационные пластинки, высокочастотные шумы, фокусировка аксиконом. ВведениеНеоднородно поляризованные лазерные пучки находят своё применение в таких приложениях, как острая фокусировка, ускорение электронов, микро-эллипсометрия, сверхразрешение. Известны различ-ные схемы генерации цилиндрически поляризо-ванных пучков, использующие специальные устрой-ства как внутри, так и вне резонаторов. Главным преимуществом внерезонаторных методов является универсальность.Среди внерезонаторных методов формирования неоднородно поляризованных лазерных пучков от-дельно стоят методы, основанные на применении секторных пластинок, в которых сектора представля-ют собой соответствующим образом ориентирован-ные либо полуволновые пластинки [1,2], либо плё-ночные поляризаторы [3]. В первом варианте исполь-зуется линейно поляризованный освещающий пучок, а во втором случае -пучок с круговой поляризацией.Преобразователь линейной поляризации, состоя-щий из секторных полуволновых пластинок, можно использовать для формирования как радиальной, так и азимутальной поляризаций. Плёночный преобразо-ватель рассчитан на трансформацию круговой поля-ризации только в какую-либо одну из цилиндриче-ских поляризаций.Эффективное преобразование (практически без энергетических потерь) обеспечивает лишь вариант с полуволновыми пластинками. Однако такой элемент гораздо сложнее реализуется в технологическом плане.Отличительной особенностью секторных поляри-зационных преобразователей является простота ис-пользования готовых устройств при относительной сложности их качественного изготовления. Основны-ми факторами, ухудшающими качество сформирован-ных пучков и, соответственно, усложняющими техно-логию реализации, являются дифракция на границах секторов и отклонения от параллельности секторов у пластинок первого типа. Данные факторы приводят к появлению высокочастотных шумов в виде дифракци-онных полос (особенно в ближней зоне) и к дополни-тельным нарушениям аксиальной симметрии сформи-рованных пучков. Изначальное нарушение осевой симметрии определяется ограниченностью числа сек-торов (обычно не более 8).В работах [1-3] для борьбы с указанными явле-ниями применяют низкочастотную пространствен-ную фильтрацию полученного пучка при помощи те-лескопической системы с точечной диафрагмой в фо-кусе. Это пр...

show abstract

Section: Introductionunclassified

unclassified

Experimental study of focusing of inhomogeneously polarized beams generated using sector polarizing plates

Alferov¹,

Карпеев²,

Хонина³

et al. 2014

Computer Optics

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…This can be achieved interferometrically, through the combination of orthogonal linearly polarised HG 01 and HG 10 beams [12]. Alternatively, a spatially variable retardation plate can be used to convert linear polarisation to radial or azimuthal polarisation [13]. …”

mentioning

confidence: 99%

Amplification of a radially polarised beam in an Yb:YAG thin-slab

et al. 2017

View full text Add to dashboard Cite

which utilise the intense longitudinal electric field produced by a strongly focused radially polarised beam. A remarkable feature of radially polarised beams is their ability to be focused to smaller spot sizes than linearly polarised beams, leading to applications in high-resolution imaging [3]. Material processing, such as the cutting and drilling of metals, is another area where these beams have attracted great interest. It has been shown that cutting efficiency can be 1.5-2 times higher using radial polarisation rather than circular polarisation [4], and drilling can be 1.5-4 times more efficient with azimuthal polarisation compared to linear and circular polarisation [5].Various methods of producing CV beams have been implemented over the decades. CV beam generation can be broadly divided into two distinct categories; intracavity and extracavity techniques. Intracavity techniques rely on a cavity design that ensures one polarisation, i.e. radial or azimuthal, is dominant over the other and is, therefore, emitted from the laser directly. One popular approach is to exploit thermally induced bi-focusing in host materials such as YAG to render the resonator unstable for one polarisation, or yield a lower threshold for one polarisation by virtue of having a more favourable spatial overlap with the inversion distribution [6]. Alternatively, intracavity elements to provide polarisation discrimination, such as calcite crystals [7], Brewster-angled axicons [8], conical Brewster prisms [9], grating mirrors [10], or nanograting waveplates [11] can be employed. Extracavity techniques typically convert more traditional polarisation states, such as linear or circular polarisation, into radial or azimuthal polarisation. This can be achieved interferometrically, through the combination of orthogonal linearly polarised HG 01 and HG 10 beams [12]. Alternatively, a spatially variable retardation plate can be used to convert linear polarisation to radial or azimuthal polarisation [13]. AbstractThe use of an Yb:YAG thin-slab architecture for amplification of a radially polarised beam at 1030 nm is investigated and shown to be a promising route for power scaling. The detrimental impact of the Gouy phase shift on radial polarisation purity is considered and a simple scheme for effective phase shift management to restore polarisation purity is presented. Preliminary experiments based on a double-pass amplifier configuration yielded an output beam with a high radial polarisation extinction ratio of 15 dB and no degradation in polarisation purity despite the non-axial symmetry of amplifier gain medium. At 50 W of launched pump power a small-signal gain of 7.5 dB was obtained for a 25 mW input, whilst 4.4 dB gain was obtained for a 1.45 W input. The prospects for further power scaling are discussed.

show abstract

“…Generation of fs-CVBs has great importance for many fields of research and applications [16][17][18][19][20][21] . For the generation of common CVBs, many methods have been proposed, including inserting laser intracavity devices [22][23][24] or applying devices with spatially variant polarization properties [25][26][27][28] , such as Q-plate, axial birefringence, and dichroism. However, in these methods, high flexibility and energy efficiency are usually mutually exclusive, and a pulse width broadening is inevitable.…”

mentioning

confidence: 99%

Flexible generation of femtosecond cylindrical vector beams (Invited Paper)

et al. 2017

View full text Add to dashboard Cite

Femtosecond (fs) cylindrical vector beams (CVBs) have found use in many applications in recent years. However, the existing rigid generation methods seriously limit its development. Here, we propose a flexible method for generating fs-CVBs with arbitrary polarization order by employing half wave plates and vortex retarders. The polarization state, autocorrelation width, pulse width, and spectrum features of the input and generated CVB pulses are measured and compared. The results verify that the generated CVBs remain in the fs regime with no appreciable temporal distortion, and the energy conversion efficiency can reach as high as 96.5%, even for a third-order beam. As a flexible way to generate fs-CVBs, this method will have great significance for many applications.OCIS codes: 260.5430, 320.2250. doi: 10.3788/COL201715.030007.Cylindrical vector beams (CVBs) have gained much interest because of their unique polarization properties [1,2] . They have been widely applied and play an important role in many optical fields, such as optical trapping [3][4][5] , optical communications [6,7] , laser fabrication [8] , imaging [9,10] , and sensing [11] . In recent years, CVBs in the femtosecond (fs) field have been widely applied in processing, optical limiting, etc. [12][13][14][15] , as a result of advantages that include ultrahigh peak power and ultrafast pulses. Generation of fs-CVBs has great importance for many fields of research and applications [16][17][18][19][20][21] . For the generation of common CVBs, many methods have been proposed, including inserting laser intracavity devices [22][23][24] or applying devices with spatially variant polarization properties [25][26][27][28] , such as Q-plate, axial birefringence, and dichroism. However, in these methods, high flexibility and energy efficiency are usually mutually exclusive, and a pulse width broadening is inevitable. Meanwhile, the processing difficulty sharply increases with higher polarization orders of CVBs, as polarization exhibits more complex spatial inhomogeneous distribution with increased orders [24] . In this work, fs-CVBs with an arbitrary order were flexibly generated with high energy efficiency and pure polarization properties from a linearly polarized beam by employing combined vortex retarders (VRs, Thorlabs Inc.) and half wave (1∕2λ) plates. Higher-order fs-CVBs, with odd and even, negative and positive orders, were experimentally generated by cascading VRs and 1∕2λ plates. The polarization, autocorrelation width, pulse width, and spectrum features of the original and generated pulse were measured and detected. The results verified that the fs-CVBs have a perfect polarization quality and remain in the fs regime with no appreciable temporal distortion. In addition, the energy conversion efficiency is higher than 96.5% for order of 3. This method is therefore verified as a flexible way to generate CVBs with arbitrary orders, and it will be a significant method for fs-CVBs' research in the future.The schematic of the fs-CVBs' generation setup is sh...

show abstract

Spatially-variable retardation plate for efficient generation of radially- and azimuthally-polarized beams

Cited by 145 publications

References 35 publications

Experimental study of focusing of inhomogeneously polarized beams generated using sector polarizing plates

Experimental study of focusing of inhomogeneously polarized beams generated using sector polarizing plates

Amplification of a radially polarised beam in an Yb:YAG thin-slab

Flexible generation of femtosecond cylindrical vector beams (Invited Paper)

Contact Info

Product

Resources

About