Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2020
Ключевые слова: эффект Тальбота, фазовый квазисинхронизм, генерация второй гармоники, пространственная модуляция света, орбитальный угловой момент, нелинейный фотонный кристалл, раманновская среда, индуцированные решетки, ультракороткие импульсы
Аннотация: Предложен обобщенный метод получения фазовых голограмм для формирования дифракционных картин, содержащих пучки с орбитальными угловыми моментами. В основе метода лежит метод суперпозиции гармонических функций с заданными пространственными частотами и топологическими зарядами. Численно показано и экспериментально продемонстрировано,Показать полностьючто предложенный подход позволяет контролировать количество дифракционных максимумов в каждом порядке, их пространственные частоты и распределение интенсивности между ними, а также задавать определенный орбитальный угловой момент для каждого максимума. Экспериментально показано, что данный подход может использоваться для генерации как одиночных пучков, так и множества пучков с суперпозицией нескольких орбитальных угловых моментов. Показано, что разработанный подход позволяет получать как регулярные, так и нерегулярные двумерные массивы пучков с заданными орбитальными угловыми моментами в каждой позиции.??Экспериментально и теоретически изучена дифракция оптических вихрей в ближней зоне на двумерной амплитудной решетке. Показана возможность формирования регулярных массивов оптических вихрей. Экспериментально обнаружен эффект Тальбота для оптических вихрей, и впервые экспериментально получены ковры Тальбота в видимом диапазоне спектра. Показано, что сложные распределения дифрагированного поля (бимлеты) в плоскостях Тальбота имеют фазовые сингулярности (оптические вихри), а распределение интенсивности имеет кольцевую структуру с неоднородным пространственным распределением. При этом топологический заряд (ТЗ) оптических вихрей в дифрагированном поле в целых и дробных плоскостях Тальбота равен ТЗ падающего светового пучка, т.е. ТЗ падающего на решетку вихревого пучка при дифракции сохраняется. Численно показано, что фазы в пределах элементарной ячейки в целочисленных плоскостях Тальбота имеют сложную структуру с фазовыми сингулярностями противоположного знака («вихри» и «антивихри»), поэтому результирующий ТЗ в элементарной ячейке равен нулю. Также показано, что пространственная конфигурация дифрагированного светового поля представляет собой сложную трехмерную решетку пучкообразных оптических вихрей. По экспериментальным данным была восстановлена элементарная ячейка решетки оптических вихрей и продемонстрирована пространственная эволюция интенсивности дифрагированных пучков и фазовых сингулярностей. Установлено, что для определенных плоскостей Тальбота наблюдается эффект самовосстановления оптических вихрей, состоящий в сглаживании центрального провала в кольцевом распределении интенсивности. Эффект обусловлен поперечным потоком энергии из периферийной высокоинтенсивной области кольцевого пучка в центральную область нулевой интенсивности. Исследования показали, что эффект самовосстановления проявляется по-разному в зависимости от величины ТЗ падающего пучка и проявляется на ограниченном числе плоскостей Тальбота. В условиях эксперимента наблюдается в 3, 4 и 5 плоскостях Тальбота при ТЗ l = +1 и в 4-7 плоскостях Тальбота при l = +3. Результаты расчетов согласуются с экспериментальными данными. Полученные результаты могут быть использованы для создания и оптимизации 3D-решеток оптических вихрей для широкого спектра областей применения.??Исследован процесс генерации второй гармоники в условиях френелевской дифракции на периодической структуре. Показано, что данный эффект может привести к увеличению эффективности генерации второй гармоники за счет дифракции излучения основного излучения.??В текущем отчетном периоде опубликованы следующие работы:?1. V.G. Arkhipkin and S.A. Myslivets, Talbot effect based on a Raman-induced grating, Phys. Rev. A 100, 063835 (2019);?2. Denis A. Ikonnikov and Andrey M. Vyunishev, Tailoring diffraction of light carrying orbital angular momenta, Opt. Lett. 45, 3909-3912 (2020);?3. Denis A. Ikonnikov, Sergey A. Myslivets, Mikhail N. Volochaev, Vasily G. Arkhipkin, Andrey M. Vyunishev, Two-dimensional Talbot effect of the optical vortices and their spatial evolution, Sci. Rep. 10, 20315 (2020).