Состояние поляризации лазерного луча с его распределением по амплитуде и фазе играет решающую роль во многих различных приложениях – лазерная манипуляция, лазерная обработка материалов, оптическая микроскопия и оптическая связь. Есть два основных типа поляризации – однородная (линейная и круговая) и неоднородная. Среди последних большой интерес представляют так называемые цилиндрические векторные пучки (CVB). CVB определяются как класс лазерных пучков с пространственно изменяющейся поляризацией и являются решениями векторного волнового уравнения которые подчиняются цилиндрической симметрии как по амплитуде, так и по поляризации.
В 2020 году сотрудниками ИСОИ РАН - филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН были впервые введены векторные пучки Лиссажу (VLB), которые являются обобщением CVB. Вектор их поляризации определяется двумя порядками (p, q).
Векторные пучки Лиссажу позволяют создавать чисто мнимые и отрицательные (направленные к источнику) компоненты вектора Пойнтинга и управлять локальным угловым спином – например, для формирования световых полей с поперечным спиновым угловым моментом для захвата и поперечного вращающения диполя.
В работе предложен метод конструирования металинз, генерирующих и фокусирующих так называемые векторные пучки Лиссажу (VLB), обобщение цилиндрических векторных пучков (CVB), вектор поляризации которых определяется двумя порядками (p, q). Разработанные металинзы состоят из субволновых решеток, осуществляющих поляризационное преобразование падающего линейно поляризованного лазерного пучка, добавляют сублинейно чирпированный линзовый член для реализации фокусировки луча. Показана теоретическая возможность использования векторных пучков Лиссажу для реализации лазерных пучков с комплексным вектором Пойнтинга. Выбор порядков (p, q) генерируемых векторных пучков Лиссажу позволяет управлять типом различных составляющих электромагнитного поля, в том числе и компонентами комплексного вектора Пойнтинга. Такие световые поля перспективны для возбуждения сил особых направлений, действующих на захваченные нано- и микрочастицы.
Примеры конструкции субволновых решеток, генерирующей векторные пучки Лиссажу с порядками (p, q) = (1, 2) (a) и (p, q) = (2, 1) (b). Черные стрелки в распределениях амплитуды показывают направление вектора электрического поля.
Подробнее в Optics Express.