Теоретически, численно и экспериментально исследовано преобразование сингулярных цилиндрических векторных пучков с помощью анизотропного кристалла CaCO₃. Теоретический и численный анализ, выполненный на основе метода разложения поля по плоским волнам для анизотропной среды, позволил детально исследовать зависимость структурного преобразования лазерного пучка от поляризационного и фазового состояний.
На основе выполнения астигматических преобразований с помощью анизотропных кристаллов предложен метод распознавания типов неоднородной поляризации (азимутальная и радиальная поляризации различных порядков).
Показана возможность определения порядка поляризации цилиндрического векторного пучка за счёт возникновения пика интенсивности в центре пучка в случае совпадения чётности порядка поляризации и порядка вихря (см. рис.1). Такая возможность востребована при уплотненной передаче информации на основе поляризационного мультиплексирования каналов связи.

Рис. 1: Моделирование фокусировки радиально-поляризованного пучка с различными сингулярными структурами поля. Показана возможность распознавания порядка поляризации и порядка вихря за счёт возникновения пика интенсивности при совпадении порядков

Показано, что поперечное распределение интенсивности сфокусированного внутри кристалла поля зависит не только от состояния поляризации падающего на кристалл пучка, но и от плоскости наблюдения: поперечная интенсивность существенно изменяется до и после фокальной плоскости (рис. 2).

Рис. 2: Моделирование преобразований структуры цилиндрически-поляризованных вихревых пучков разного порядка при фокусировке через анизотропный кристалл

Показана возможность осуществления ортогональных преобразования поляризации сингулярных пучков при фокусировке внутри кристаллов. Продемонстрированные возможности формирования цилиндрически-поляризованных вихревых лазерных пучков со сложной формой распределения интенсивности, изменяющейся после распространения через фокальную плоскость, могут найти применение в области лазерной обработки объемных прозрачных материалов, а также полимеров для изготовления сложных трехмерных мета-структур методом одно-импульсной лазерной обработки.

Авторы: Казанский Н.Л., Порфирьев А.П., Хонина С.Н.

Публикация:
Khonina SN, Porfirev AP, Kazanskiy NL. Variable transformation of singular cylindrical vector beams using anisotropic crystals. Sci Rep 2020; 10: 5590. DOI https://doi.org/10.1038/s41598-020-62546-2.