We show that the contribution of the electric field components into the focal region can be controlled using binary phase structures. We discuss differently polarized incident waves, for each case suggesting easily implemented binary phase distributions that ensure a maximum contribution of a definite electric field component on the optical axis. A decrease in the size of the central focal spot produced by a high numerical aperture (NA) focusing system comes as the result of the spatial redistribution of the contribution of different electric field components into the focal region. Using a polarization conversion matrix of a high NA lens and the numerical simulation of the focusing system in Debye's approximation, we demonstrate benefits of using asymmetric to polar angle ϕ binary phase distributions (such as arg[cos ϕ] or arg[sin 2ϕ]) for generating a subwavelength focal spot in separate electric field components. Additional binary structure variations with respect to the azimuthal angle also make possible controlling the longitudinal distribution of light. In particular, the contribution of the transverse components in the focal plane can be reduced by the use of a simple axicon-like structure that serves to enhance the NA of the lens central part, redirecting the energy from focal plane. As compared with the superimposition of a narrow annular aperture, this approach is more energy efficient, and as compared with the Toraldo filters, it is easier to control when applied to three-dimensional focal shaping.

No abstract

Институт систем обработки изображений РАН, 2 Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет) (СГАУ)Аннотация Рассматривается формирование изображений дифракционной линзой. Проведён анали-тический и численный расчёт формирования изображений при освещении дифракционной линзы излучением с различными длинами волн в параксиальной и непараксиальной волно-вых моделях. Рассмотрены как многоуровневые, так и квантованные дифракционные лин-зы. Приводятся результаты вычислительного и натурного экспериментов.Ключевые слова: дифракционная многоуровневая линза, формирование изображения в оптической системе, хроматическая аберрация. ВведениеДифракционная линза имеет ряд преимуществ пе-ред линзой рефракционной по таким параметрам, как масса, размер, простота тиражирования линзы для формирования несферического сходящегося волнового фронта. В связи с этим дифракционная линза интерес-на как оптический прибор для различных приложений. Большинство имеющихся работ, как правило, рассмат-ривают дифракционную линзу либо как дополнитель-ный элемент для компенсации хроматической аберра-ции рефракционной изображающей системы Исследований применения дифракционной линзы для формирования изображений значительно меньше. При этом, как правило, основное внимание уделяется особенности изготовления такой линзы [12 -14], а не качеству формирования изображения. Кроме того, су-щественно ограничивается спектральный диапазон [14].В настоящей работе рассматривается формирова-ние изображений в некогерентном свете с помощью дифракционной линзы. В некогерентном случае объ-ект во входной плоскости представляется как набор точечных источников, от которых в параксиальном случае распространяется параболическая волна, а в непараксиальном -сферическая.

Article is devoted to simulation of hyperspectrometer based on the use of linear variable filters. We regarded possibilities of recovery of spectral pixels of images based on the solution of the integral equation. The paper presents estimates of the size of the scattering spots depending on the parameters of the spectral filter. Numerical results showed that a significant deterioration in resolution occurs only in the case of short-optical systems.

This paper examines the spectral properties of a spiral phase plate (SPP) generating orbital angular momentum (OAM) beams. A simple method is proposed for calculating the resulting OAM by measuring only two maximum expansion coefficients. A comparative numerical simulation of the proposed and traditional methods is performed. An SPP is fabricated for generation of an OAM with integer values at infrared and visible wavelengths. Qualitative experimental studies of the changes in a generated OAM with a change in the operating wavelength are performed using the spatial filtering method. The experimental results are found to agree with the results of numerical simulation. Beams with integer and fractional OAM values are obtained experimentally by changing the wavelength.