Минск
Minsk
Минск
Minsk
Минск
Minsk
С использованием методов Фурье-оптики путем численного моделирования рассмотрено влияние на формирование бесселева светового пучка (БСП) в схеме преобразования гауссова пучка аксиконом трех факторов: эллиптичности падающего светового пучка, эллиптичности аксикона, наличия у аксикона скругленной верхушки. Показаны результаты влияния каждого из факторов на структуру, параметры качества kП, kк, <R2> формируемого БСП и его Фурье-спектр (ФСБСП). С использованием вводимых параметров качества для ФСБСП kIs, kws, krs, характеризующих разброс интенсивности, полуширины и среднего значения пространственной частоты конической компоненты ФСБСП, а также параметра η, определяющего отношение энергии в конической компоненте к полной энергии пучка, проведен анализ качества ФСБСП. Эллиптичность гауссова пучка, падающего на аксикон, приводит к уменьшению длины области существования БСП, а с ростом продольной координаты уменьшаются все параметры качества, при этом наиболее быстро падает коэффициент постоянства kП. С ростом эксцентриситета полуширин гауссова пучка εb падают параметры качества ФСБСП kIs, kws, характеризующие разброс интенсивности и полуширины конической компоненты пучка. Эллиптичность аксикона влияет на все параметры качества БСП, наиболее явно при этом с ростом эксцентриситета аксикона εa падает коэффициент постоянства kП и среднее значение R2, что обусловлено осцилляциями в приосевом кольце БСП. Вид ФСБСП с ростом εa также изменяется, переходя от кругового к эллиптическому, из-за этого уменьшается коэффициент постоянства частоты спектра конической компоненты. Рассмотрены закономерности в поперечных распределениях интенсивности БСП, формируемых при наличии азимутальной модуляции угла конусности в случае, когда число N полных периодов осцилляций угла конусности >2. Число минимумов интенсивности в приосевом кольце при малой амплитуде модуляции угла при основании аксикона B (£ 0.05) в случае нечетного N равно N, а в случае четного — 2N. При B > 0.05 в случае как четного, так и нечетного N число минимумов в приосевом кольце пучка равно 2N. Сферическая верхушка конического в остальном аксикона приводит к формированию отдельной неконической компоненты в спектре, а в случае гиперболического аксикона происходит уширение конической компоненты спектра в направлении низких пространственных частот. Полученные результаты могут быть использованы для формирования специальных световых полей, а также для оценки качества изготовления аксиконов и эллиптичности падающего на аксикон пучка.
We investigated the influence of three factors on the formation of a Bessel light beam (BLB) in the scheme of transforming a Gaussian beam by an axicon: the ellipticity of the incident light beam, the ellipticity of the axicon, and the presence of a round tip of the axicon. For this purpose we used the methods of Fourier optics via numerical simulation. The results of the influence of each factor on the structure, quality parameters kc, kr, <R2> of the formed BLB and its Fourier spectrum (FSBLB) are shown. We introduced quality parameters of the FSBLB kIs, kws, krs, which characterize the spread of amplitude, half-width and average frequency of the conical component of the FSBLB, as well as the parameter η, which determines the ratio of the energy in the conical component to the total energy of the beam. The quality of the FSBLB was analyzed with help of these parameters. The ellipticity of the Gaussian beam incident on the axicon leads to a reduction of the length of the region of existence of the BLB. In this case with increase of longitudinal coordinate all quality parameters decrease and the coefficient of constancy kc drops most quickly. With increasing eccentricity of the half-widths of the Gaussian beam εb, the quality parameters of the FSBLB kIs, kws, which characterize the spread of the intensity and half-width of the conical component of the beam, decrease. The ellipticity of the axicon affects all parameters of the quality of the BLB; most clearly, with an increase in the eccentricity of the axicon εa, the coefficient of constancy kc and the average value of R2 decrease. This happens due to oscillations in the ring closest to the axis of the BLB. The shape of the FSBLB with increasing εa also changes, moving from circular to elliptical. Because of this the coefficient of constancy of the frequency of the spectrum of the conical component decreases. Regularities in the transverse distributions of the intensity of the BLB, formed in the presence of azimuthal modulation of the cone angle were considered for the case when the number N of complete periods of oscillation of the cone angle is greater than 2. The number of intensity minima in the paraxial ring at a small value of the axicon base angle modulation amplitude B (≤0.05) in the case of odd N is equal to N, and in the case of even N is equal to 2N. For large values of B (>0.05) as in the case of even N, so in the case of odd N, the number of minima in the paraxial ring of the beam is equal to 2N. The spherical tip of an otherwise conical axicon leads to the formation of a separate non-conical component in the spectrum. In the case of a hyperbolic axicon, the conical component of the spectrum broadens in the direction of low spatial frequencies. The results obtained can be used to form special light fields, as well as to assess the quality of manufacturing of axicons and the ellipticity of the beam incident on the axicon.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.