Анализ осевого распределения при острой фокусировке для различных поляризаций… Хонина С.Н., Устинов А.В.Компьютерная оптика, 2013, том 37, №1 59
АНАЛИЗ ОСЕВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИ ОСТРОЙ ФОКУСИРОВКЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ПОЛЯРИЗАЦИЙ ОСВЕЩАЮЩЕГО ПУЧКА
Хонина С.Н., Устинов А.В. Институт систем обработки изображений РАНАннотация В работе проведён анализ осевого распределения остросфокусированного лазерного пучка, представляющего собой суперпозицию вихревых фазовых функций, при различных поляризациях. Получено аналитическое решение для каждой из компонент электрического поля при ограничении падающего пучка кольцевой апертурой произвольной ширины. Так-же получены приближённые аналитические оценки для осевого распределения в элемен-тарных функциях, позволяющие легко анализировать характер интенсивности вдоль опти-ческой оси. Численно исследовано влияние весовых соотношений суперпозиции вихревых фазовых функций в падающем пучке и типа поляризации на соотношение вклада различных компонент электрического поля в фокальную область на оптической оси.Ключевые слова: острая фокусировка, вихревые фазовые функции, распределение вдоль оптической оси.
ВведениеВозможность управления продольным распреде-лением является одной из составляющих решения задачи трёхмерного формирования светового излу-чения. Такая возможность особенно востребована в приложениях, где важно объёмное фокальное рас-пределение -оптический захват и манипулирова-ние, конфокальная и многофотонная микроскопия, оптическая литография, оптическое хранение дан-ных, голография, прямая лазерная запись.Известно, что использование узкой кольцевой диафрагмы, позволяющей уменьшить размер фо-кального пятна в поперечном направлении для из-лучения с радиальной поляризацией [1,2], приводит к удлинению фокального пятна в продольном на-правлении. Таким образом, формируется тонкая световая игла [3]. Аналогичный результат, но при меньших потерях энергии, можно получить для пол-ной апертуры за счёт использования дополнительных фазовых бинарных оптических элементов [4 -6]. В случае азимутальной поляризации будет формиро-ваться тонкая световая трубка [7,8].Однако часто необходимо также уменьшение размера фокального пятна вдоль оптической оси. Для этого используются различные методы, в том числе интерференция встречных пучков -так назы-ваемая 4pi-система [9,10]. В работах [11,12] был рассмотрен расчёт фазовых оптических элементов для достижения сверхразрешения в 4pi-системе в поперечном или продольном направлении. В работе [12] рассмотрен только случай линейной поляриза-ции. Причём получены лишь приближённые анали-тические оценки.Также для линейной поляризации была решена обратная задача формирования осевого распределе-ния на основе разложения ядра интегрального опе-ратора по полиномам Гегенбауэра [13,14].Для цилиндрических пучков с азимутальной и ра-диальной поляризацией также были разработаны ме-тоды формирования заданного объёмного распреде-ления [15 -22], в том числе оптические «бутылки», полые световые сферы, цепочки и массивы фокаль-ных пятен. Причём, учитывая сложность юстировки в 4pi-сис...