Влияние неидеальности аксикона и входного гауссова пучка на параметры качества и Фурье-спектр формируемого бесселева светового пучка

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 k_П, k_к, <R²> формируемого БСП и его Фурье-спектр (ФСБСП). С использованием вводимых параметров качества для ФСБСП k_Is, k_ws, k_rs, 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 k_П. С ростом эксцентриситета полуширин гауссова пучка ε_b падают параметры качества ФСБСП k_Is, k_ws, характеризующие разброс интенсивности и полуширины конической компоненты пучка. Эллиптичность аксикона влияет на все параметры качества БСП, наиболее явно при этом с ростом эксцентриситета аксикона ε_a падает коэффициент постоянства k_П и среднее значение R², что обусловлено осцилляциями в приосевом кольце БСП. Вид ФСБСП с ростом ε_a 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.

1. G. Indebetouw. J. Opt. Soc. Am. A, 6, N 1 (1989) 150, doi: 10.1364/JOSAA.6.000150

2. A. A. Ryzhevich, N. S. Kazak, N. A. Khilo, A. N. Khilo. Proc. SPIE, Pultusk, Poland, 5—9 June 2000, 4517 (2000) 16—21

3. А. А. Рыжевич, И. В. Балыкин, Т. А. Железнякова. Журн. прикл. спектр., 85, № 1 (2018) 144—153

4. S. Akturk, B. Zhou, B. Pasquiou, M. Franco, A. Mysyrowicz. Opt. Commun., 281, N 17 (2008) 4240—4244, doi: 10.1016/j.optcom.2008.05.027

5. O. Brzobohatý, T. Cižmár, P. Zemánek. Opt. Express, 16, N 17 (2008) 12688, doi: 10.1364/OE.16.012688

6. С. Н. Курилкина, Р. Ё. А. А. Алблооши, П. И. Ропот, А. М. Варанецкий. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика (англ.), 2 (2023) 14—21, doi: 10.33581/2520-2243-2023-2-14-21

7. J. Dudutis, R. Stonys, G. Račiukaitis, P. Gečys. Opt. Express, 26, N 3 (2018) 3627—3637, doi: 10.1364/OE.26.003627

8. J. Dudutis, P. Gečys, G. Račiukaitis. Opt. Express, 24, N 25 (2016) 28433, doi: 10.1364/OE.24.028433

9. J. Dudutis, R. Stonys, G. Račiukaitis, P. Gečys. Opt. Laser Tech., 111 (2019) 331—337, doi: 10.1016/j.optlastec.2018.10.007

10. F. Wu. Opt. Eng., 47, N 8 (2008) 083401, doi: 10.1117/1.2967867

11. P. Wu, C. Sui, W. Huang. Photon. Res., 2, N 3 (2014) 82, doi: 10.1364/prj.2.000082

12. B. Dépret, P. Verkerk, D. Hennequin. Opt. Commun., 211, N 1 (2002) 31—38, doi: 10.1016/S0030-4018(02)01900-4

13. V. Yu. Mylnikov, G. S. Sokolovskii. Optik, 268 (2022) 169797, doi: 10.1016/j.ijleo.2022.169797

14. А. А. Рыжевич, И. В. Балыкин, Т. А. Железнякова. Журн. прикл. спектр., 88, № 5 (2021) 792—806

15. Дж. Гудмен. Введение в Фурье-оптику, Москва, Мир (1970)

16. M. J. Townson, O. J. D. Farley, G. Orban de Xivry, J. Osborn, A. P. Reeves. Opt. Express, 27 (2019) 31316—31329