Аналіз фазових сингулярностей у дифрагованому світловому полі - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ФІЗИКИ 01.04.05 - оптика, лазерна фізика УДК 535.2 дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук АВТОРЕФЕРАТ АНАЛІЗ ФАЗОВИХ СИНГУЛЯРНОСТЕЙ У ДИФРАГОВАНОМУ СВІТЛОВОМУ ПОЛІ ХОРОШУН ГАННА МИКОЛАЇВНА Київ - 2007 Дисертацією є рукопис. Робота виконана в Інституті фізики Національної академії наук України Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Васнєцов Михайло Вікторович, Інститут фізики НАН України, провідний науковий співробітник. Автореферат розісланий 15 листопада 2007 р. Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Чумак О.О 1. До основних об’єктів сингулярної оптики скалярного світлового поля належать дислокації хвильового фронту, що є лініями з невизначеною (сингулярною) фазою та нульовим значенням амплітуди. Якщо така лінія орієнтована уздовж осі розповсюдження пучка, то цю структуру називають оптичним вихором (ОВ), бо він має гелікоїдальну форму хвильового фронту, навколо осі якого відбувається циркуляція світлового потоку. Отримані різними методами ОВ використовуються як оптичні пінцети, багатоканальні маніпулятори мікрочастками, пристрої сортування об’єктів, менших за розмір довжини хвилі світла, надточні датчики температури та тиску. Широке коло застосувань ОВ залучило багато наукових груп із різних країн світу до досліджень фазових сингулярностей в дифракційних полях з початково гладким хвильовим фронтом [4], регенерації сингулярного пучка, більша частина якого перекрита непрозорим екраном [5], методам синтезу оптичного вихору [6,7]. Отже, актуальність дисертаційного дослідження зумовлена необхідністю прогнозування появи дислокацій хвильового фронту у дифрагованому полі. З практичної точки зору це дозволить запропонувати найбільш ефективні методи синтезу оптичних вихорів або запобігати їхньому виникненню у збуреному пучку, а з наукової точки зору ? розкрити механізми корінної перебудови хвильового фронту та закономірності еволюції дифрагованого пучка у просторі. Для досягнення цієї мети вирішувались такі конкретні задачі: • дослідження еволюції світлового поля, дифрагованого на непрозорому екрані, дугоподібній щілині, круглому отворі та диску, а також при інтерференції двох гауссових пучків; • виявлення механізмів утворення та області локалізації “диполів” оптичних вихорів у залежності від початкового розподілу поля; • теоретичне та експериментальне дослідження варіацій фази і фазової швидкості світла, дифрагованого на круглому отворі та непрозорому диску; • детальне дослідження механізму регенерації ОВ в одно- та багатозарядових сингулярних пучках після відтинання його більшої частини непрозорим екраном; • дослідження еволюції гауссового пучка, частина якого пройшла крізь фазовий клин. Теоретичний аналіз для задач з початково симетричним розподілом поля - дифракції плоскої хвилі на круглому отворі та непрозорому диску, здійснено за допомогою аналітичного розв’язку, отриманого без параксіального наближення за допомогою перетворень Ханкеля та принципу Бабіне. Еволюція пучка у просторі уздовж осі Z розглядається як динамічна задача на площині XY для амплітуди поля у формальному ?часі? ? (? ? z). В першому з них сильна неоднорідність виникає уздовж напрямку розповсюдження потоків; диполі оптичних вихорів утворюються в області світла при z ? ? ? Ld (Ld ? характерна дифракційна довжина). Теоретично та експериментально показано, що фазова швидкість поля дифракції на непрозорому диску на осі (пляма Пуассона) перевищує фазову швидкість плоскої хвилі с. Розкриття механізмів регенерації оптичного вихору, більшу частину якого перекрито непрозорим екраном, дозволяє указати просторові координати області відновлення гелікоїдальної структури хвильового фронту в залежності від початкового розподілу поля, що важливо для збереження оптичної інформації при її передачі та обробці. Матеріали дисертації були представлені на міжнародних конференціях: The International Conference on Singular Optics (Optical Vortices: Fundamentals and Applications), Alushta, Ukraine (2000); The International Conference for Young Scientists on Applied Physics, Kiev, Ukraine (2001); Saratov Fall Meeting, Saratov, Russia (2001); The International Conference for Young Scientists on Theoretical and Experimental Physics, Lviv, Ukraine (2002); NATO Advanced Research Workshop “Singular Optics”, Kiev, Ukraine (2003); The International Young Scientists Conference “Problems of Optics and High Technology Material Science”, Kiev, Ukraine (2004, 2006); The International Conference on Correlation Optics, Chernivtsi, Ukraine (2001, 2005, 2007). Публікації. У параксіальному наближенні для амплітуди отримаємо параболічне рівняння Леонтовича [8] де ? хвильове число.