Дифракційна діагностика фазових сингулярностей в оптичних полях - Автореферат

Сингулярна оптика [1*] - відносно нова галузь фізичної оптики, у якій вивчаються світлові поля, що несуть так звані дислокації (фазові сингулярності) хвильового фронту. На цьому етапі сформувались такі розділи сингулярної оптики як методи утворення та перетворення (конверсії) сингулярних пучків; методи виявлення фазових сингулярностей в оптичних полях та визначення їх параметрів; застосування сингулярно-оптичних методів. До таких проблем відносяться обмежена застосовність (іноді - неадекватність) традиційних інтерферометричних методів експериментального виявлення і діагностики фазових сингулярностей у частково когерентних полях із використанням спеціальної опорної хвилі; визначення найактуальнішої в аспекті практичних застосувань вихрових пучків їх характеристики - орбітального кутового моменту - у термінах теорії часткової когерентності та часткової поляризації; виявлення нових засобів керування параметрами сингулярних пучків, повязаних із їх неповною когерентністю, при дослідженні топологічних реакцій та розвитку перспективних застосувань методів, алгоритмів і засобів сингулярної оптики. Дослідження, результати якого представлено у дисертації, виконувалось у відповідності з програмою наукової тематики кафедри кореляційної оптики Чернівецького національного університету „Дослідження нових можливостей розвязання оберненої діагностичної задачі в оптиці шляхом використання уявлень фрактальної оптики і хаосу”, № держреєстрації ДР0197U014408 (2002-2004 рр.) та у рамках держбюджетної теми „Нелінійно-голографічна обробка оптичних сигналів”, № держреєстрації 0103U001108 (2003-2005 рр.). Мета роботи: розвиток дифракційного (автокореляційного) принципу діагностики фазових сингулярностей в оптичних полях та визначення його застосовності для аналізу детермінованих і випадкових полів із різним ступенем когерентності, що містять такі сингулярності.У першому розділі викладено сутність дифракційного методу діагностики фазових сингулярностей в оптичних пучках, який базується на юнгівській моделі дифракції - моделі крайової дифракційної хвилі (КДХ) із залученням представлення Рубіновича дифракційного інтегралу Кірхгофа та принципу стаціонарної фази [4*, 8*] й виконанні інтерференційного експерименту Юнга у його початковій постановці (1802). Непрозора стрічка розміщується у сингулярному пучку, наприклад у Лагер-Гаусовій (ЛГ) моді , де індекси і визначають, відповідно, порядок полінома Лагера - кількість нулів у радіальному розподілі амплітуди - та азимутальний індекс (топологічний заряд) моди - кратний набіг фази при круговому обході оптичного вихору. Якщо фаза хвилі змінюється на на замкненому контурі навколо вісі пучка, крайові перевипромінювачі для зарядного вихору при (на “екваторі” пучка, , ) відрізняються по фазі на . Перший метод полягає у некогерентному складанні викривлених інтерференційних смуг, що виникають за опромінюванню вихровим пучком непрозорою стрічкою, та звичайних (рівних) інтерференційних смуг, утворених внаслідок крайової дифракції безвихрового пучка на тому ж екрані. Зазначимо, що при використанні опорної хвилі для діагностики оптичних сингулярностей фаза інтерференційних смуг визначається різницею фаз опорної та сингулярної хвиль у різних точках поля, тобто по суті визначається фаза взаємної кореляційної функції таких двох хвиль (модуль комплексного ступеня когерентності при цьому тотожно дорівнює одиниці).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

використані у рефераті

1*. Soskin M.S., Vasnetsov M.V. Singular optics // Progress in Optics / Ed. by E. Wolf. - Amsterdam: Elsvier, 2001. - V. 42. - P. 219-267.

2*. Freund I. Polarization singularity indices in Gaussian laser beams // Opt. Comm. - 2004. - V. 201. - P. 251-270.

3*. Polyanskii P.V. Some current views on singular optics // Proc. SPIE. - 2004. - V. 5477. - P. 31-40.

4*. Miyamoto K., Wolf E. Generalization of the Maggy-Rubinowicz theory of the boundary diffraction wave, Parts I, II // Journ. Opt. Soc. Amer. - 1962. - V. 52, No.6. - P. 615-637.

5*. Полянський П.В. Нелінійно-голографічна память фазового спряження: Дис. ... докт. фіз.-мат. наук: 01.04.05. - Чернівці, 2000. - 361 с.

6*. Soskin M.S., Polyanskii P.V., Arkhelyuk O.O. Computer-synthesized hologram-based rainbow optical vortices // New Journal of Physics. - 2004. - V.6, No. 196.- P.1-8.

7*. Angelsky O.V., Burkovets D.N., Maksimyak P.P., Hanson S.G. Applicability of the singular-optics concept for diagnostics of random and fractal rough surfaces // Appl. Opt. - 2003. - V. 42, No. 22. - P. 4529-4540.

8*. Born M., Wolf E. Principles of Optics, 7th ed. - New York: Pergamon, 1999. опубліковані праці за темою дисертації

1. Bogatyryova H.V., Felde Ch.V., Polyanskii P.V. // Optica Applicata. - 2003. - V. 33, No. 4. - P. 695-708.

2. Bogatyryova H.V., Felde Ch.V., Polyanskii P.V., Ponomarenko S.A., Soskin M.S., Wolf E. Partially coherent vortex beams with a separable phase // Optics Letters. - 2003. - V.28, No. 5. - P. 878-880.

3. Felde Ch.V. Youngs diagnostics of phase singularities of the spatial coherence function at partially coherent singular beams // Ukr. J. Phys. - 2004. - Vol. 49, No. 5. - P. 473-480.

4. Богатырева Г.В., Фельде К.В., Полянский П.В., Соскин М.С. Нетипичные поляризационные сингулярности в комбинированных вихревых пучках // Оптика и спектроскопия. - 2004. - Т. 97, № 5. - С. 833-840.

5. Полянский П.В., Фельде К.В. Статико-голографическое фазовое сопряжение вихревых пучков // Оптика и спектроскопия. - 2005. - Т. 98, № 6. - С. 913-918.

6. Polyanskii P.V., Felde Ch.V. Quadric hologram-based self-conjugation of vortex beams // Semicond. Phys., Quant. Electron. & Optoelectronics - 2005. - V.8, No. 2 - P.833-840.

7. Felde Ch.V. Diffraction diagnostics of phase singularities in optical fields // Proc. SPIE. - 2004. - V. 5477. - P. 67-76.

8. Felde Ch.V. Diffraction diagnostics of phase singularities in optical fields // Proc. 8th International Conference “Optoelectronic and Electronic Sensors” (COE 2004), Wroclaw. - 2004. - P. 596-597.

9. Felde Ch.V., Polyanskii P.V. Nonlinear-holographic phase reversion of singular optical beams // Abstr. 2nd International Conference “Advanced Topics on Optoelectronics, Microelectronics and Nanotechnologies” (ATOM-N 2004), Bucharest, Romania. - 2004. - P. 22-23.