Способ формирования бесселева светового пучка с азимутально и радиально поляризованными компонентами

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ БЕССЕЛЕВА СВЕТОВОГО ПУЧКА С АЗИМУТАЛЬНО И РАДИАЛЬНО ПОЛЯРИЗОВАННЫМИ КОМПОНЕНТАМИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Белый Владимир Николаевич Казак Николай Станиславович Курилкина Светлана Николаевна Мащенко Александр Георгиевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ формирования бесселева светового пучка с азимутально и радиально поляризованными компонентами, включающий пропускание квазимонохроматического бесселева светового пучка через слоисто-периодическую среду, отличающийся тем, что через слоисто-периодическую среду одновременно с бесселевым пучком пропускают управляющее излучение с длиной волны, отличной от длины волны бесселева пучка, а, по меньшей мере, один из слоев слоисто-периодической среды выполнен из материала с нелинейными свойствами, показатель преломления которого зависит от интенсивности управляющего излучения. 11180 1 2008.10.30 Изобретение относится к области оптики и лазерной физики и может быть использовано в фотолитографии, устройствах оптической записи-считывания информации, для удержания микрочастиц и молекул и управления их движением, а также для транспортировки энергии лазерного излучения в открытом пространстве и в полых световодах. Известен способ формирования бесселева светового пучка с радиальной и азимутальной поляризацией 1, основанный на пропускании светового пучка через коническую линзу (аксикон), многослойное поляризационное селективное покрытие которой нанесено на коническую поверхность линзы. При данном способе формирования поляризации бесселева светового пучка выходной световой пучок будет иметь либо радиальную, либо азимутальную поляризацию. При необходимости изменения поляризации бесселева светового пучка с азимутальной на радиальную или наоборот требуется замена конической линзы с соответствующим селективным покрытием, что приводит к потере оперативности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ формирования бесселева светового пучка с радиальной и азимутальной поляризацией, основанный на пропускании бесселева пучка света через слоисто-периодическую среду 2 прототип. Однако в известном способе из-за жестких требований к углу конусности бесселева светового пучка, пропускаемого через слоисто-периодическую среду, практически невозможно управлять поляризацией расходящихся бесселевых световых пучков, в частности тех бесселевых пучков, для которых при уменьшении их апертуры расходимость становится сравнимой с требуемым углом перестройки его конусности. Задачей данного изобретения является обеспечение возможности формирования и контролируемого управления расходящегося бесселева светового пучка с азимутальной и радиальной поляризацией. Поставленная задача решается следующим образом. В способе формирования бесселева светового пучка с азимутальной и радиальной поляризацией, включающем пропускание квазимонохроматического бесселева светового пучка через слоисто-периодическую среду, одновременно пропускают управляющее излучение с длиной волны, отличной от длины волны бесселева светового пучка, причем, по крайней мере, один из слоев слоистопериодической среды изготавливают из материала, обладающего нелинейными свойствами. Показатель преломления нелинейного материала зависит от интенсивности управляющего излучения, благодаря чему изменяется спектральная зависимость пропускания слоисто-периодической среды и осуществляется управление соотношением интенсивностей составляющих с азимутальной и радиальной поляризацией в выходном пучке. Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан возможный вариант схемы предлагаемого способа формирования бесселева светового пучка с азимутальной и радиальной поляризацией на фиг. 2 приведена спектральная зависимость коэффициента пропускания слоисто-периодической среды для бесселева светового пучка с азимутальной и радиальной поляризацией при отсутствии управляющего светового излучения на фиг. 3 и фиг. 4 приведены зависимости коэффициента пропускания слоистопериодической среды для азимутальной поляризации бесселева светового пучка при отсутствии управляющего светового излучения и радиальной поляризации бесселева светового пучка, когда через слоисто-периодическую среду пропускают управляющее световое излучение. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Исходный квазимонохроматический бесселев световой пучок, обозначенный для наглядности лучами 1, 2 и 3, 4(фиг. 1), для формирования его поляризации пропускают через слоисто-периодическую среду 5, которая состоит из слоев 6 и 7. Так как любая слоистая среда характеризуется определенным спектром пропускания, то на выходе слоисто-периодической среды сформируется одна из поляризаций бесселева светового пучка. Одновременное пропускание через данную слоисто-периодическую среду светового излучения, обозначенного лучами 2 11180 1 2008.10.30 8 и 9, с длиной волны, отличной от длины волны бесселева светового пучка, которое в слоях из материала, обладающего нелинейными свойствами (6 или 7), изменит показатель преломления, приведет к изменению спектральной зависимости пропускания слоистопериодической среды. Ввиду этого изменится и поляризация выходного бесселева светового пучка. В примере реализации предложенного способа на фиг. 1 для одновременного пропускания бесселева светового пучка и управляющего светового излучения через слоисто-периодическую среду установлено зеркало 10, которое пропускает излучение бесселева пучка и отражает излучение управляющего светового пучка. Возможность осуществления предлагаемого способа подтверждена расчетным образом. Расчеты были выполнены в предположении, что слоисто-периодическая среда состоит из шестнадцати структурных элементов -периодов, каждый их которых включает слой рутила 2 толщиной 59 нм и полидиацетилена 9-, материала, обладающего нелинейными свойствами, толщиной 100 нм. На фиг. 2 приведены рассчитанные спектральные зависимости коэффициента пропускания такой среды для бесселева светового пучка с углом конусности, равным 27, при отсутствии управляющего светового излучения. Сплошная линия соответствует пропусканию бесселева светового пучка с азимутальной поляризацией, а пунктирная - пропусканию бесселева светового пучка с радиальной поляризацией. Таким образом, при пропускании через данную слоисто-периодическую среду квазимонохроматического бесселева светового пучка с центральной длиной волны 0,76 нм на выходе будет сформирован бесселев световой пучок с азимутальной поляризацией. Излучение с радиальной поляризацией отразится от слоисто-периодической среды. При пропускании через слоисто-периодическую среду одновременно с бесселевым световым пучком управляющего светового излучения с центральной длиной волны 0,64 мкм, длительностью 0,2 пс, энергией 1 мкДж и площадью поперечного сечения 1 мм 2, на выходе из среды, как следует из фиг. 3, будет сформирован бесселев пучок с радиальной поляризацией. На фиг. 3 приведены зависимости коэффициентов пропускания слоистопериодической среды для бесселева светового пучка с азимутальной поляризацией(сплошная линия) при отсутствии управляющего светового излучения и бесселева светового пучка с радиальной поляризацией при пропускании управляющего светового излучения (пунктирная линия). Как видно, зависимости коэффициентов пропускания практически совпадают. На фиг. 4 приведены рассчитанные зависимости коэффициентов пропускания слоисто-периодической среды для бесселева светового пучка с азимутальной поляризацией(сплошная линия) при отсутствии управляющего светового излучения и бесселева светового пучка с радиальной поляризацией при пропускании управляющего светового излучения (пунктирная линия) для расходящегося бесселева светового пучка. При расчетах расходимость бесселева светового пучка принималась равной 2, что охватывает большую часть бесселевых пучков, используемых на практике. Как видно, зависимости коэффициентов пропускания расходящегося бесселева светового пучка с азимутальной и радиальной поляризацией, приведенные на фиг. 4, практически совпадают с зависимостями,приведенными на фиг. 3. Таким образом, предложенный способ формирования бесселева светового пучка с азимутальной и радиальной поляризацией не является критичным к его расходимости. Предложенный способ позволяет не только получить бесселевы пучки с азимутальной и радиальной поляризацией, но и формировать их любые суперпозиции. Это достигается путем изменения мощности управляющего светового излучения, что приводит к перестройке спектров пропускания бесселевых пучков с радиальной и азимутальной поляризацией и, как следствие, к управлению эллиптичностью прошедшего через слоистопериодическую среду бесселева пучка. 3 11180 1 2008.10.30 Таким образом, полученные результаты подтверждают возможность формирования бесселева светового пучка с азимутальной и радиальной поляризацией. Источники информации 1. Патент США 4755027, МПК 02 5/30,02 27/28, 1988. 2. Ковариантные методы в физике. Оптика и акустика / Редкол. Гончаренко Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4