Experimental study of focusing of inhomogeneously polarized beams generated using sector polarizing plates

Abstract

Экспериментальное исследование фокусировки неоднородно поляризованных… Алфёров С.В., Карпеев С.В., Хонина С.Н., Моисеев О.Ю. Аннотация Экспериментально исследована фокусировка неоднородно поляризованных лазерных пучков, сформированных секторными пластинками. Проведён анализ шумовых искажений пучков, сформированных различными типами пластинок. Фокусировка производилась мик-рообъективом с высокой числовой апертурой и дифракционным аксиконом с умеренной числовой апертурой. Экспериментально показано, что при фокусировке таких пучков шумы в силу своей высокочастотной природы мало влияют на распределение интенсивности в центре области фокусировки, которое согласуется с приведёнными результатами численно-го моделирования.Ключевые слова: неоднородная поляризация, секторные поляризационные пластинки, высокочастотные шумы, фокусировка аксиконом. ВведениеНеоднородно поляризованные лазерные пучки находят своё применение в таких приложениях, как острая фокусировка, ускорение электронов, микро-эллипсометрия, сверхразрешение. Известны различ-ные схемы генерации цилиндрически поляризо-ванных пучков, использующие специальные устрой-ства как внутри, так и вне резонаторов. Главным преимуществом внерезонаторных методов является универсальность.Среди внерезонаторных методов формирования неоднородно поляризованных лазерных пучков от-дельно стоят методы, основанные на применении секторных пластинок, в которых сектора представля-ют собой соответствующим образом ориентирован-ные либо полуволновые пластинки [1,2], либо плё-ночные поляризаторы [3]. В первом варианте исполь-зуется линейно поляризованный освещающий пучок, а во втором случае -пучок с круговой поляризацией.Преобразователь линейной поляризации, состоя-щий из секторных полуволновых пластинок, можно использовать для формирования как радиальной, так и азимутальной поляризаций. Плёночный преобразо-ватель рассчитан на трансформацию круговой поля-ризации только в какую-либо одну из цилиндриче-ских поляризаций.Эффективное преобразование (практически без энергетических потерь) обеспечивает лишь вариант с полуволновыми пластинками. Однако такой элемент гораздо сложнее реализуется в технологическом плане.Отличительной особенностью секторных поляри-зационных преобразователей является простота ис-пользования готовых устройств при относительной сложности их качественного изготовления. Основны-ми факторами, ухудшающими качество сформирован-ных пучков и, соответственно, усложняющими техно-логию реализации, являются дифракция на границах секторов и отклонения от параллельности секторов у пластинок первого типа. Данные факторы приводят к появлению высокочастотных шумов в виде дифракци-онных полос (особенно в ближней зоне) и к дополни-тельным нарушениям аксиальной симметрии сформи-рованных пучков. Изначальное нарушение осевой симметрии определяется ограниченностью числа сек-торов (обычно не более 8).В работах [1-3] для борьбы с указанными явле-ниями применяют низкочастотную пространствен-ную фильтрацию полученного пучка при помощи те-лескопической системы с точечной диафрагмой в фо-кусе. Это пр...

For the Anniversary of Professor S.N. Khonina

“…Theoretical research was carried out on polarization transformation by using the phase singularities in laser beams (vortex or linear), and also due to the anisotropy of the optical medium in nonparaxial conditions. The efficiency of the DOE for polarization transformation was confirmed experimentally [77][78][79][80][81][82][83][84][85].…”

For the anniversary of professor S.N. Khonina

“…Theoretical research was carried out on polarization transformation by using the phase singularities in laser beams (vortex or linear), and also due to the anisotropy of the optical medium in nonparaxial conditions. The efficiency of the DOE for polarization transformation was confirmed experimentally [77][78][79][80][81][82][83][84][85]. Studies on sharp focusing often led to a comparison of properties of the lens and the axicon.…”

Formation of high-order cylindrical vector beams with sector sandwich structures

“…Исследованию способов получения цилиндрических векторных пучков, в том числе и высоких порядков, посвящено в последние годы значительное число работ. Среди основных подходов можно назвать поляризационные преобразования исходного пучка на основе интерференционных схем [39 -43], с использованием анизотропных кристаллов [44 -47], с помощью жидкокристаллических поляризационных модуляторов (ЖПМ) [48 -52] и цифровых микрозеркальных устройств (ЦМУ) [53 -55], с помощью Q-и S-пластинок [56 -59], субволновых решёток [60 -64], дифракционных оптических элементов и металинз [65 -66], а также с помощью кристаллических [67,68] и плёночных [69 -71] секторных пластинок. Непрерывным аналогом секторных пластинок является использование интерференционного поляризатора [72,73].…”