Еволюція векторних вихрових променів, сформованих терагерцовим лазерним металевим резонатором
Анотація
Отримано аналітичні вирази для непараксіальної модової дифракції металевого хвилевідного резонатора терагерцового лазера. Дослідження передбачає взаємодію між модами та спіральною фазовою пластиною з урахуванням різних топологічних зарядів (n). Також за допомогою чисельного моделювання досліджено фізичні особливості вихрових пучків, що виникають, коли вони поширюються у вільному просторі. Векторна теорія Релея-Зоммерфельда використовується для дослідження поширення вихрових лазерних променів у зоні Френеля, збуджених модами металевого хвилевідного квазіоптичного резонатора при падінні на спіральну фазову пластину. У вільному просторі спіральна фазова пластина для збуджуючої моди TE11 з профілю з максимумом інтенсивності в центрі (n = 0) утворює асиметричне кільце з двома максимумами (n = 1, 2). Для збуджуючої TE01 моди початкова поперечна кільцева (n = 0) структура інтенсивності поля трансформується в структуру з максимальною інтенсивністю випромінювання в центрі (n = 1), а потім знову в кільцеву (n = 2). Фазовий фронт променю для Ey компоненти лінійно поляризованої вздовж осі y моди TE11 змінюється зі сферичного на спіральний з однією осевою точкою сингулярності, тоді як у фазовому профілі поперечних компонентів азимутально поляризованої моди TE01 спостерігається область з двома та та трьома позаосьовими точками сингулярності фази.
Завантаження
Посилання
D. Headland, Y. Monnai, D. Abbott, C. Fumeaux, and W. Withayachumnankul, “Tutorial: Terahertz beamforming, from concepts to realizations”, Apl. Photonics, 3, 051101 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5011063
A. Forbes, “Advances in orbital angular momentum lasers”, J. Light. Technol., 41, 2079 (2023). https://doi.org/10.1109/JLT.2022.3220509
H. Wang, Q. Song, Y. Cai, Q. Lin, X. Lu, H. Shangguan, Y. Ai, and S. Xu, “Recent advances in generation of terahertz vortex beams and their applications”, Chin. Phys. B, 29, 097404 (2020). https://doi.org/10.1088/1674-1056/aba2df
N.V. Petrov, B. Sokolenko, M.S. Kulya, A. Gorodetsky, and A.V. Chernykh, “Design of broadband terahertz vector and vortex beams: I. Review of materials and components”, Light: Advanced Manufacturing, 3, 640 (2022). https://doi.org/10.37188/lam.2022.043
T. Nagatsuma, G. Ducournau, and C. Renaud, “Advances in terahertz communications accelerated by photonics”, Nat. Photonics, 10, 371 (2016). https://doi.org/10.1038/nphoton.2016.65
S.C. Chen, Z. Feng, Z., J. Li, W. Tan, L.H. Du, J. Cai, and L.G. Zhu, “Ghost spintronic THz-emitter-array microscope”, Light Sci. Appl., 9, 99 (2020). https://doi.org/10.1038/s41377-020-0338-4
D. Nobahar, S. Khorram, “Terahertz vortex beam propagation through a magnetized plasma-ferrite structure”, Opt. Laser Technol., 146, 107522 (2022). https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107522
M.T. Hibberd, A.L. Healy, D.S. Lake, V. Georgiadis, E.J.H. Smith, O.J. Finlay, and S.P. Jamison, “Acceleration of relativistic beams using laser generated terahertz pulses”, Nat. Photonics, 14, 755 (2019). https://doi.org/10.1038/s41566-020-0674-1
A. Klug, I. Nape, and A. Forbes,”The orbital angular momentum of a turbulent atmosphere and its impact on propagating structured light fields”, New J. Phys., 23, 093012 (2021). https://doi.org/10.1088/1367-2630/ac1fca
S.W. Pinnock, S. Roh, T. Biesner, A.V. Pronin, and M. Dressel, “Generation of THz vortex beams and interferometric determination of their topological charge”, IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 13, 44 (2022). https://doi.org/10.1109/TTHZ.2022.3221369
A. Rubano, F. Cardano, B. Piccirillo, and L. Marrucci, “Q-plate technology: a progress review [Invited]”, J. Opt. Soc. Am. B, 36, D70D87 (2019). https://doi.org/10.1364/JOSAB.36.000D70
R. Imai, N. Kanda, T. Higuchi, K. Konishi, and M. Kuwata-Gonokami, “Generation of broadband terahertz vortex beams”, Opt. Lett., 39, 3714 (2014). https://doi.org/10.1364/OL.39.003714
Y. Yang, X. Ye, L. Niu, K. Wang, Z. Yang, and J. Liu, “Generating terahertz perfect optical vortex beams by diffractive elements”, Opt. Express, 28, 1417 (2020). https://doi.org/10.1364/OE.380076
K. Zhang, Y. Wang, S.N. Burokur, and Q. Wu, “Generating dual-polarized vortex beam by detour phase: from phase gradient metasurfaces to metagratings”, IEEE Trans. Microw. Theory Techn., 70, 200 (2022). https://doi.org/10.1109/TMTT.2021.3075251
X.D. Zhang, Y.H. Su, J.C. Ni, Z.Y. Wang, Y.L. Wang, C.W. Wang, and J.R. Chu, “Optical superimposed vortex beams generated by integrated holographic plates with blazed grating”, Appl. Phys. Lett., 111, 061901 (2017). https://doi.org/10.1063/1.4997590
S.J. Ge, Z.X. Shen, P. Chen, X. Liang, X.K. Wang, W. Hu, Y. Zhang, and Y.Q. Lu, “Generating, separating and polarizing terahertz vortex beams via liquid crystals with gradient-rotation directors”, Crystals, 7, 314 (2017). https://doi.org/10.3390/cryst7100314
S. Guan, J. Cheng, and S. Chang, “Recent progress of terahertz spatial light modulators: materials, principles and applications”, Micromachines, 13, 1637 (2022). https://doi.org/10.3390/mi13101637
A. Al Dhaybi, J. Degert, E. Brasselet, E. Abraham, and E. Freysz, “Terahertz vortex beam generation by infrared vector beam rectification”, J. Opt. Soc. Am. B, 36, 12 (2019). https://doi.org/10.1364/JOSAB.36.000012
K. Miyamoto, K. Sano, T. Miyakawa, H. Niinomi, K. Toyoda, A. Vallés, and T. Omatsu, “Generation of high-quality terahertz OAM mode based on soft-aperture difference frequency generation”, Opt. Express, 27, 31840 (2019). https://doi.org/10.1364/OE.27.031840
H. Sobhani, and E. Dadar, “Terahertz vortex generation methods in rippled and vortex plasmas”, J. Opt. Soc. Am. A, 36, 1187 (2019). https://doi.org/10.1364/JOSAA.36.001187
P. Chevalier, A. Amirzhan, F. Wang, M. Piccardo, S.G. Johnson, F. Capasso, and H.O. Everitt, “Widely tunable compact terahertz gas lasers”, Science, 366, 856 (2019). https://doi.org/10.1126/science.aay8683
J. Farhoomand, and H.M. Pickett, “Stable 1.25 watts CW far infrared laser radiation at the 119 μm methanol line”, Int. J. Infrared Millim. Waves, 8, 441 (1987). https://doi.org/10.1007/BF01013257
H.P. Röser, M. Yamanaka, R. Wattenbach, and G.V. Schultz, “Investigations of optically pumped submillimeter wave laser modes”, Int. J. Infrared Millim. Waves, 3, 839 (1982). https://doi.org/10.1007/BF01008649
M.W. Beijersbergen, R.P.C. Coerwinkel, M. Kristensen, and J.P. Woerdman, “Helical-wavefront laser beams produced with a spiral phase plate”, Opt. Commun., 112, 321 (1994). https://doi.org/10.1016/0030-4018(94)90638-6
V.V. Kotlyar, and A.A. Kovalev, “Nonparaxial propagation of a Gaussian optical vortex with initial radial polarization”, J. Opt. Soc. Am. A, 27, 372 (2010). https://doi.org/10.1364/JOSAA.27.000372
B. Gu, and Y. Cui, “Nonparaxial and paraxial focusing of azimuthal-variant vector beams”, Opt. Express, 20, 17684 (2012). https://doi.org/10.1364/OE.20.017684
Y. Zhang, L. Wang, and C. Zheng, “Vector propagation of radially polarized Gaussian beams diffracted by an axicon”, J. Opt. Soc. Am. A, 22, 2542 (2005). https://doi.org/10.1364/JOSAA.22.002542
O.V. Gurin, A.V. Degtyarev, V.A. Maslov, V.A. Svich, V.M. Tkachenko, and A.N. Topkov, “Selection of transverse modes in laser cavities containing waveguides and open parts”, Quantum Electron. 31, 346 (2001). https://doi.org/10.1070/QE2001v031n04ABEH001949
J.F. Nye, and M.V. Berry, “Dislocations in wave trains”, Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences, 336, 165 (1974). https://doi.org/10.1098/rspa.1974.0012
O.V. Gurin, A.V. Degtyarev, N.N. Dubinin, M.N. Legenkiy, V.A. Maslov, K.I. Muntean, V.N. Ryabykh, and V.S. Senyuta, “Formation of beams with nonuniform polarisation of radiation in a cw waveguide terahertz laser”, Quantum Electron., 51, 338 (2021). https://doi.org/10.1070/QEL17511
A.V. Degtyarev, M.M. Dubinin, O.V. Gurin, V.A. Maslov, K.I. Muntean, V.M. Ryabykh, V.S. Senyuta, and O.O. Svystunov, “Control over higher-order transverse modes in a waveguide-based quasi-optical resonator”, Radio Physics and Radio Astronomy, 27, 129 (2022). https://doi.org/10.15407/rpra27.02.129
Авторське право (c) 2024 Андрій В. Дегтярьов, Микола М. Дубінін, Вячеслав О. Маслов, Костянтин І. Мунтян, Олег О. Свистунов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
