Рассмотрено применение четырех методов регистрации оптических вихрей в модельных задачах сингулярной оптики. Приведены вычислительные схемы, построение которых необходимо для программной реализации алгоритмов, указана входная информация, требуемая для работы компьютерных приложений. Особое внимание уделялось точности регистрации числа и координат особых точек волнового фронта. В зависимости от характеристик методов и объема входных данных были определены области (эксперимент или исключительно численное моделирование) их возможного использования.
оптические вихри, особые точки волнового фронта, локальные наклоны волнового фронта, датчик Шека–Гартмана
1. Ng J., Lin Z., Chan C.T. Theory of optical trapping by an optical vortex beam // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 104. P. 103601-1–4. DOI: 10.1103/PhysRevLett.104. 103601.
2. Gahagan K.T., Swartzlander G.A.Jr. Optical vortex trapping of particles // Opt. Lett. 1996. V. 21, N 11. P. 827–829.
3. Gahagan K.T., Swartzlander G.A.Jr. Trapping of low-index microparticles in an optical vortex // J. Opt. Soc. Am. B. 1998. V. 15, N 2. P. 524–534.
4. Cheng-Shan Guo, Ya-Nan Yu, Zhengping Hong. Optical sorting using an array of optical vortices with fractional topological charge // Opt. Commun. 2010. V. 283. P. 1889–1893. DOI: 10.1016/j.optcom.2009.12.063.
5. Wu J., Li H., Li Y. Encoding information as orbital angular momentum states of light for wireless optical communications // Opt. Eng. 2007. V. 46, N 1. P. 019701-1–019701-5.
6. 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.
7. Popiołek-Masajada A., Masajada J., Kurzynowski P. Analytical model of the optical vortex scanning microscope with a simple phase object // Photonics. 2017. V. 4, N 38. P. 1–14. DOI: 10.3390/photonics4020038.
8. Vadnjal A.L., Etchepareborda P., Federico A., Kaufmann G.H. Measurement of in-plane displacements using the phase singularities generated by directional wavelet transforms of speckle pattern images // Appl. Opt. 2013. V. 52, N 9. P. 1805–1813.
9. Passos M.H.M., Lemos M.R., Almeida S.R., Balthazar W.F., Da Silva L., Huguenin J.A.O. Speckle patterns produced by an optical vortex and its application to surface roughness measurements // Appl. Opt. 2017. V. 56, N 2. P. 330–335.
10. Wang W., Qiao Y., Ishijima R., Yokozeki T., Honda D., Matsuda A., Hanson S.G., Takeda M. Constellation of phase singularities in a specklelike pattern for optical vortex metrology applied to biological kinematic analysis // Opt. Express. 2008. V. 16, N 18. P. 13908–13917.
11. Li X., Tai Y., Zhang L., Li H., Li L. Characterization of dynamic random process using optical vortex metrology // Appl. Phys. B. 2014. V. 116. P. 901–909. DOI: 10.1007/s00340-014-5776-3.
12. Patorski K., Pokorski K. Examination of singular scalar light fields using wavelet processing of fork fringes // Appl. Opt. 2011. V. 50, N 5. P. 773–781.
13. Huang H., Luo J., Matsui Y., Toyoda H., Inoue T. Eight-connected contour method for accurate position detection of optical vortices using Shack–Hartmann wavefront sensor // Opt. Eng. 2015. V. 54, N 11. P. 111302-1–111302-7. DOI: 10.1117/1.OE.54.11.111302.
14. Chen M., Roux F.S. Dipole influence on Shack–Hartmann vortex detection in scintillated beams // J. Opt. Soc. Am. A. 2008. V. 25, N 5. P. 1084–1090.
15. Fried D.L. Branch point problem in adaptive optics // J. Opt. Soc. Am. A . 1998. V. 15, N. 10. P. 2759–2767.
16. Sztul H.I. and Alfano R.R. Double-slit interference with Laguerre–Gaussian Beams // Opt. Lett. 2006. V. 31, N. 7. P. 999–1001.
17. Khajavi B., Ureta R.G., and Galvez E.J. Determining vortex-beam superpositions by shear interferometry // Photonics. 2018. V. 5, N 16. P. 1–12.
18. Оберг Р.Дж. Технология COM+. Основы и программирование: М.: Вильямс, 2000. 480 с.
19. Трельсен Э. Модель COM и применение ATL 3.0. СПб.: БХВ, 2000. 928 с.
20. Indebetouw G. Optical vortices their propagation // J. Modern Opt. 1993. V. 40, N 1. P. 73–87.
21. Лукин В.П., Фортес Б.В. Адаптивное формирование пучков и изображений в атмосфере. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 212 с.
22. Кандидов В.П., Чесноков С.С., Шленов С.А. Дискретное преобразование Фурье. М.: Изд-во физического факультета МГУ, 2019. 88 с.
23. Angelsky O.V., Maksimyak A.P., Maksimyak P.P., Hanson S.G. Spatial behaviour of singularities in fractal- and gaussian speckle fields // Open Opt. J. 2009. V. 3. P. 29–43.
24. Nye J.F. Natural focusing and fine structure of light. Caustics and wave dislocations. Bristol and Philadelphia: Institute of Physics Publishing 1999. 328 p.
25. Chen M., Roux F.S., Olivier J.C. Detection of phase singularities with a Shack–Hartmann wavefront sensor // J. Opt. Soc. Am. A. 2007. V. 24, N 7. P. 1994–2002.
26. Канев Ф.Ю., Аксенов В.П., Веретехин И.Д. Регистрация оптических вихрей датчиком Шека–Гартмана // Вестн. РФФИ. 2018. № 4. С. 8–10.
27. White A.G., Smith C.P., Heckenberg N.R., Rubinsztein-Dunlop H., McDuff R., Weiss C.O., Tamm C. Interferometric Measurements of phase singularities in the output of a visible laser // J. Modern Opt. 1991. V. 38, N 12. P. 2531–2541.
28. Denisenko V.G., Minovich A., Desyatnikov A.S., Krolikowski W., Soskin M.S., Kivshar Y.S. Mapping phases of singular scalar light fields // Opt. Lett. 2008. V. 33, N 1. P. 89–91.
29. Канев Ф.Ю., Аксенов В.П., Стариков Ф.А., Долгополов Ю.В., Копалкин А.В., Веретехин И.Д. Алгоритм определения топологических зарядов и числа оптических вихрей по ветвлению полос интерференционной картины // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 8. С. 620–627.