Определение параметра конусности бесселева светового пучка посредством фурье-анализа диаметрального распределения интенсивности

  • Анатолий Анатольевич Рыжевич Институт физики НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-5463-0054
  • Игорь Валерьевич Балыкин Институт физики НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-6763-1136
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-1-20-34

Аннотация

Получены выражения, описывающие спектральную плотность мощности (СПМ) распределения интенсивности идеального бесселева светового пучка (БСП). Показано, что СПМ распределения интенсивности идеального БСП ограничена сверху и верхняя граница СПМ равна удвоенному параметру конусности (произведению волнового числа на синус половинного угла раствора конуса волновых векторов), а число нулей в СПМ идеального БСП, расположенных на интервале от нулевой частоты до верхней границы спектра, равно порядку пучка. Предложена методика оценки параметра конусности БСП посредством анализа оценок СПМ диаметральных распределений – одномерных распределений интенсивности, полученных в поперечной плоскости пучка вдоль линии, проходящей через ось пучка, из двумерных поперечных распределений интенсивности БСП, зафиксированных в виде цифровых компьютерных изображений. Исследовано влияние обрезки (окончания распределения на границе чувствительного сенсора), гауссовой и косинусной модуляций диаметрального распределения на форму спектра, а в случае обрезки и на ошибку оценки параметра конусности с использованием предложенной методики. Описанная методика протестирована на примере анализа экспериментальных БСП различных порядков (БСПm, m = 0, 1, 2). Она может применяться для оценки параметров качества БСП. Результаты анализа влияния косинусной модуляции на форму СПМ могут быть использованы для оценки величины скругления верхушки аксикона, формирующего БСП, в целях контроля качества изготовления аксикона.

Биографии авторов

Анатолий Анатольевич Рыжевич, Институт физики НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физикоматематических наук; ведущий научный сотрудник центра «Диагностические системы»  Института физики НАН Беларуси, доцент кафедры квантовой радиофизики и оптоэлектроники факультета радиофизики и компьютерных технологий БГУ

Игорь Валерьевич Балыкин, Институт физики НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник центра «Диагностические системы»

Литература

  1. Durnin J. Exact solution for nondiffracting beams. I. The scalar theory. Journal of the Optical Society of America A. 1987;4(4): 651–654. DOI: 10.1364/JOSAA.4.000651.
  2. Prudnikov AP, Brychkov YuA, Marichev OI. Integraly i ryady. Tom 2. Spetsial’nye funktsii [Integrals and series. Volume 2. Special functions]. 2nd edition. Moscow: Fizmatlit; 2003. 664 p. Russian.
  3. Koepf W. Hypergeometric summation. An algorithmic approach to summation and special function identities. Vieweg: Wiesbaden; 1998. 230 p. (Universitext). Co-published by the Teubner Verlag. DOI: 10.1007/978-1-4471-6464-7.
  4. Gormley PG. The zeros of Legendre functions. Proceedings of the Royal Irish Academy. Section A: Mathematical and Physical Sciences. 1937;44:29–43.
  5. Lyons RG. Understanding digital signal processing. 2nd edition. Upper Saddle River: Prentice Hall; 2004. 689 p. Russian edition: Lyons R. Tsifrovaya obrabotka signalov. 2nd edition. Britova AA, editor. Moscow: Binom-Press; 2006. 656 p.
  6. Gori F, Guattari G, Padovani C. Bessel-Gauss beams. Optics Communications. 1987;64(6):491–494. DOI: 10.1016/0030-4018(87)90276-8.
  7. Akturk S, Zhou B, Pasquiou B, Franco M, Mysyrowicz A. Intensity distribution around the focal regions of real axicons. Optics Communications. 2008;281(17):4240–4244. DOI: 10.1016/j.optcom.2008.05.027.
  8. Brzobohatý O, Cižmár T, Zemánek P. High quality quasi-Bessel beam generated by round-tip axicon. Optics Express. 2008;16(17):12688–12700. DOI: 10.1364/OE.16.012688.
  9. Ryzhevich AA, Balykin IV, Zheleznyakova TA. Quality parameters of zero order Bessel light beams. Journal of Applied Spectroscopy. 2018;85(1):144–153. Russian.
  10. Ryzhevich AA, Balykin IV. [A software tool for determining the quality parameters of zero-order Bessel light beams]. In: Kilin SYa, Kurochkin YuA, Anishchik VM, Anufrik SS, Apanasevich PA, Gaponenko SV, et al., editors. VI Kongress fizikov Belarusi, posvyashchennyi Godu nauki v Respublike Belarus’. Sbornik nauchnykh trudov; 20–23 noyabrya 2017 g.; Minsk, Belarus’ [VI Congress of physicists of Belarus, dedicated to the Year of science in the Republic of Belarus. Collection of scientific papers; 2017 November 20–23; Minsk, Belarus]. Minsk: B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus; 2017. p. 371–372. Russian.
Опубликован
2022-01-27
Ключевые слова: бесселев световой пучок, угол конусности, параметр конусности, спектральная плотность мощности
Поддерживающие организации Работа выполнена в рамках задания 1.1.01 «Разработка физических основ распространения и преобразования квазибездифракционных вихревых световых пучков нового типа в анизотропных, неоднородных и рассеивающих средах и создание на этой основе инновационных диагностических оптико-электронных устройств» (№ гос. регистрации 20160091) государственной программы научных исследований «Фотоника, оптои микроэлектроника» на 2016 –2020 гг. и задания 1.1 «Разработка методов и устройств диагностики материалов, процессов и изделий в оптическом и терагерцевом диапазонах спектра и их применение для оптической связи, микроскопии и определения характеристик различных объектов» (№ гос. регистрации 20210300 от 23.03.2021 г.) государственной программы научных исследований «Фотоника и электроника для инноваций» на 2021–2025 гг.
Как цитировать
Рыжевич, А. А., & Балыкин, И. В. (2022). Определение параметра конусности бесселева светового пучка посредством фурье-анализа диаметрального распределения интенсивности. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 20-34. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-1-20-34
Выпуск
№ 1 (2022): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптика и спектроскопия

Copyright (c) 2022 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).