Том 28, номер 04, статья № 3

Аннотация:

Представлены результаты теоретического рассмотрения поведения степени когерентности вихревого бесселева оптического пучка, распространяющегося в турбулентной случайно-неоднородной среде. Изучается влияние оптического вихря на степень когерентности бесселева пучка в случайно-неоднородной среде. Анализ задачи основывается на решении уравнения для функции взаимной когерентности второго порядка поля оптического пучка. На базе этого решения исследуется поведение модуля функции взаимной когерентности второго порядка (степени когерентности) поля вихревого бесселева пучка. Показано, что при низких уровнях флуктуаций в турбулентной атмосфере в центральной части двумерного поля степени когерентности вихревых бесселевых пучков формируется кольцевая дислокация, число колец в которой равно величине топологического заряда оптического пучка. Детально изучается структура кольцевой дислокации степени когерентности вихревых бесселевых оптических пучков в турбулентной атмосфере. Для этой цели вводятся две характеристики кольцевой дислокации: ее пространственная координата и ширина кольца. Рассматривается влияние параметров оптического пучка (поперечного волнового числа и топологического заряда) и атмосферной турбулентности (радиуса когерентности плоской оптической волны) на эти характеристики кольцевой дислокации степени когерентности вихревого бесселева оптического пучка.

Ключевые слова:

бесселев пучок, вихревой пучок, оптическое излучение, атмосферная турбулентность, когерентность, кольцевая дислокация

Список литературы:

1. Andrews D.L. Structured light and its applications: An introduction to phase-structured beams and nanoscale optical forces. N.Y.: Academic Press, 2008. 341 p.


2. Allen L., Barnett S.M., Padgett M.J. Optical angular momentum. Bristol: Institute of Physics, 2003. 300 p.


3. Leach J., Padgett M.J., Barnett S.M., Franke-Arnold S., Courtial J. Measuring the orbital angular momentum of a single photon // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88, N 25. 257901.


4. Gibson G., Courtial J., Padgett M.J., Vasnetsov M., Pas’ko V., Barnett S.M., Franke-Arnold S. Free-space information transfer using light beams carrying orbital angular momentum // Opt. Express. 2004. V. 12, N 22. P. 5448–5456.


5. Paterson C. Atmospheric turbulence and orbital angular momentum of single photons for optical communication // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94, N 15. 153901.


6. Gbur G. The evolution of vortex beams in atmospheric turbulence // Proc. SPIE. 2008. V. 6878. 687804.


7. Gbur G., Tyson R.K. Vortex beam propagation through atmospheric turbulence and topological charge conservation // J. Opt. Soc. Amer. A. 2008. V. 25, N 1. P. 225–230.


8. Yao A.M., Padgett M.J. Orbital angular momentum: Origins, behavior and applications // Adv. Opt. Photon. 2011. V. 3, N 2. P. 161–204.


9. Аксёнов В.П., Погуца Ч.Е. Влияние оптического вихря на случайные смещения Лагерра–Гауссова лазерного пучка, распространяющегося в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 7. С. 561–565.


10. Aksenov V.P., Pogutsa Ch.E. Increase in laser beam resistance to random inhomogeneities of atmospheric permittivity with an optical vortex included in the beam structure // Appl. Opt. 2012. V. 51, N 30. P. 7262–7267.


11. Абрамочкин Е.Г., Волостников В.Г. Спиральные пучки света // Успехи физ. наук. 2004. Т. 174, № 12. С. 1273–1300.


12. Воляр А.В., Фадеева Т.А., Егоров Ю.А. Векторные сингулярности гауссовых пучков в одноосных кристаллах: генерация оптических вихрей // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28, вып. 22. С. 70–77.


13. Wood R.W. Vortex rings // Nature (Gr. Brit.). 1901. V. 63, N 1635. P. 418–420.


14. Gbur G., Visser T.D. Coherence vortices in partially coherent beams // Opt. Commun. 2003. V. 222, N 1–6. P. 117–125.


15. Gbur G., Visser T.D., Wolf E. “Hidden” singularities in partially coherent wavefields // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2004. V. 6, N 5. P. S239–S242.


16. Bogatyryova G.V., Fel’de Ch.V., Polyanskii P.V., Ponomarenko S.A., Soskin M.S., Wolf E. Partially coherent vortex beams with a separable phase // Opt. Lett. 2003. V. 28, N 11. P. 878–880.


17. Maleev I.D., Palacios D.M., Marathay A.S., Swartzlander G.A. Spatial correlation vortices in partially coherent light: Theory // J. Opt. Soc. Amer. B. 2004. V. 21, N 11. P. 1895–1900.


18. Ding Ch., Pan L., Lu B. Phase singularities and spectral changes of spectrally partially coherent higher-order Bessel–Gauss pulsed beams // J. Opt. Soc. Amer. A. 2009. V. 26, N 12. P. 2654–2661.


19. Lukin I.P. Formation of a ring dislocation of a coherence of a vortex optical beam in turbulent atmosphere // Proc. SPIE. 2013. V. 9066. 90660Q.


20. Borghi R., Santarsiero M., Gori F. Axial intensity of apertured Bessel beams // J. Opt. Soc. Amer. A. 1997. V. 14, N 1. P. 23–26.


21. Chen B., Chen Z., Pu J. Propagation of partially coherent Bessel–Gaussian beams in turbulent atmosphere // Opt. Laser Technol. 2008. V. 40, N 6. P. 820–827.


22. Zhu K., Zhou G., Li X., Zheng X., Tang H. Propagation of Bessel–Gaussian beams with optical vortices in turbulent atmosphere // Opt. Express. 2008. V. 16, N 26. P. 21315–21320.


23. Лукин И.П. Устойчивость когерентных вихревых бесселевых пучков при распространении в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 5. С. 367–374.


24. Lukin I.P. Mean intensity of the vortex Bessel beams propagating in turbulent atmosphere // Appl. Opt. 2014. V. 53, N 15. P. 3287–3293.


25. Durnin J. Exact solutions for nondiffracting beams. I. The scalar theory // J. Opt. Soc. Amer. A. 1987. V. 4, N 4. P. 651–654.


26. Jiang Zh., Lu Q., Liu Z. Propagation of apertured Bessel beams // Appl. Opt. 1995. V. 34, N 31. P. 7183–7185.


27. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 2. Случайные поля. М.: Наука, 1978. 464 с.


28. Eyyuboğlu H.T. Propagation of higher order Bessel–Gaussian beams in turbulence // Appl. Phys. B. 2007. V. 88, N 2. P. 259–265.


29. Лукин И.П. Когерентность бесселева пучка в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 5. С. 393–402.


30. Eyyuboğlu H.T., Baykal Y., Cai Y. Complex degree of coherence for partially coherent general beams in atmospheric turbulence // J. Opt. Soc. Amer. A. 2007. V. 24, N 9. P. 2891–2901.


31. Eyyuboğlu H.T. Propagation and coherence properties of higher order partially coherent dark hollow beams in turbulence // Opt. Laser Technol. 2008. V. 40, N 1. P. 156–166.


32. Martinez-Herrero R., Manjavacas A. Overall second-order parametric characterization of light beams propagating through spiral phase elements // Opt. Commun. 2009. V. 282, N 4. P. 473–477.