Дослідження фізичної моделі скручених оптичних волокон із матеріальною анізотропією й двохпроменим заломлюванням форми. Розробка методу аналізу гвинтових дислокацій хвильового фронту, що дозволяють правильно врахувати вплив спін-орбітальної взаємодії.
При низкой оригинальности работы "Поширення оптичних вихорів у скручених і навитих слабонапрямних оптичних волокнах", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Незважаючи на те, що є значна кількість теоретичних й експериментальних робіт, присвячених вивченню даних типів волокна, питання про поширення вищих мод із азимутальним числом , до яких і належать оптичні вихори, у таких волокнах дотепер не було розглянуте. Метою даної роботи було теоретичне вивчення можливості структурно стійкого поширення оптичних вихорів у скручених і навитих слабонапрямних оптичних волокнах. 2) Розробити теоретичні методи дослідження даних типів волокон, що дозволяють правильно врахувати спільний вплив анізотропії, скрутки, навивки й спін-орбітальної взаємодії на формування структури мод вищих порядків у скручених і навитих слабонапрямних оптичних волокнах. Шляхом застосування теорії збурювань були отримані аналітичні вирази для мод і спектр сталої поширення в практично важливому випадку, коли вплив анізотропії набагато більший впливу скрутки та спін-орбітальної взаємодії в оптичних волокнах. Для урахування відбитих хвиль задача про визначення структури мод із азимутальним числом і спектра сталої поширення була вирішена шляхом безпосереднього застосування теорії збурювань до рівняння (3), що було представлено у вигляді рівняння на власні функції і власні значення деякого оператора: , (5) де - оператор, що описує поширення світла в деякому ефективному прямому волокні з показником переломлення , , , - компоненти електричного поля в базисі циркулярних поляризацій, - циліндричні координати і - точна стала поширення.1) Визначено сталі поширення і моди з азимутальним числом скрученого слабонапрямного сильно анізотропного волокна із східчастим реальним профілем показника заломлення. Показано, що коли збурювання, яке внесене скруткою, значно перевершує спін-орбітальну взаємодію, то для скрученого анізотропного волокна моди з азимутальним числом являють собою лінійно-поляризовані оптичні вихори з одиничним топологічним зарядом. 2) На основі аналізу аналітичного розвязання векторного хвильового рівняння для мод показано, що лінійно-поляризовані оптичні вихори в скручених анізотропних волокнах є структурно стійкими стосовно малих зовнішніх збурювань. 4) Отримано аналітичне розвязання векторного хвильового рівняння для випадку мод з азимутальним числом сильно скручених слабонапрямних еліптичних волокон. Установлено, що модами скрученого слабонапрямного еліптичного волокна, за умови, що скрутка значно перевищує еліптичність форми поперечного перерізу, є циркулярно-поляризовані оптичні вихори з одиничним топологічним зарядом з еліптичним розподілом інтенсивності, які мають властивість структурної стійкості стосовно малих зовнішніх збурювань.
Вывод
фізичний оптичний анізотропія хвильовий
1) Визначено сталі поширення і моди з азимутальним числом скрученого слабонапрямного сильно анізотропного волокна із східчастим реальним профілем показника заломлення. Показано, що коли збурювання, яке внесене скруткою, значно перевершує спін-орбітальну взаємодію, то для скрученого анізотропного волокна моди з азимутальним числом являють собою лінійно-поляризовані оптичні вихори з одиничним топологічним зарядом. На основі чисельного аналізу дана оцінка величини кроку скрутки, при якому всі моди є лінійно-поляризованими оптичними вихорами.
2) На основі аналізу аналітичного розвязання векторного хвильового рівняння для мод показано, що лінійно-поляризовані оптичні вихори в скручених анізотропних волокнах є структурно стійкими стосовно малих зовнішніх збурювань.
3) На основі розробленого узагальнення формалізму матриць Джонса для станів з орбітальним кутовим моментом визначені структура і спектр сталої поширення вищих мод з азимутальним числом скручених слабонапрямних сильно еліптичних волокон. Показано, що моди таких волокон являють собою гвинтові еліптичні поля.
4) Отримано аналітичне розвязання векторного хвильового рівняння для випадку мод з азимутальним числом сильно скручених слабонапрямних еліптичних волокон. Установлено, що модами скрученого слабонапрямного еліптичного волокна, за умови, що скрутка значно перевищує еліптичність форми поперечного перерізу, є циркулярно-поляризовані оптичні вихори з одиничним топологічним зарядом з еліптичним розподілом інтенсивності, які мають властивість структурної стійкості стосовно малих зовнішніх збурювань. Показано, що скрутка волокна приводить до істотного зменшення поляризаційної модової дисперсії для оптичних вихорів.
5) На основі застосування теорії збурювань із виродженням до векторного хвильового рівняння встановлені структура й спектр сталої поширення вищих мод із азимутальним числом навитого слабонапрямного волокна з круглим поперечним перерізом. Показано, що при моди сформовані двома стійкими однорідними циркулярно-поляризованими оптичними вихорами з одиничним топологічним зарядом, а також і модами, а при моди представлені чотирма стійкими циркулярно поляризованими оптичними вихорами з топологічним зарядом . На прикладі спектра сталої поширення фундаментальних мод показано, що урахування градієнтного члена у векторному хвильовому рівнянні приводить до гібридизації геометричної та динамічної фаз.
6) Отримано вираз для топологічної фази Беррі, що виникає при поширенні по навитому волокну циркулярних оптичних вихорів, які володіють як спіновим (поляризаційним), так і орбітальним кутовим моментом. Показано, що отримана формула справедлива також і для полів, які переносять тільки орбітальний кутовий момент.
7) Установлено топологічні ефекти, що проявляються при поширенні вищих мод навитого волокна, а саме: локальне обертання неоднорідного розподілу поляризації і обертання картини розподілу інтенсивності в кожній компоненті модової суперпозиції однорідних і неоднорідних оптичних вихорів. Подано кількісний опис цих ефектів і їхній звязок з топологічною фазою Беррі. Також дано теоретичне пояснення експериментально спостережуваному топологічному ефекту обертання спекл-картини в маломодовому навитому волокні.
Список литературы
1. Alexeyev C.N., Volyar A.V. and Yavorsky M.A. Vortex-preserving weakly guiding anisotropic twisted fibres // J.Opt.A:Pure Appl.Opt.-2004.-V.6, №5.-P.S162-S165.
2. Alexeyev C.N., Yavorsky M.A. Optical vortices and the higher order modes of twisted strongly elliptical optical fibres // J. Opt. A: Pure Appl. Opt.- 2004.-V.6, № 9.- P.824-832.
3. Alexeyev C.N., Yavorsky M.A. Hybridisation of the topological and dynamical phase in coiled optical fibres // J.Opt.A: Pure Appl Opt.- 2006.- V.8, №8.- P.647-651.
4. Alexeyev C.N., Yavorsky M.A. Berrys phase for optical vortices in coiled optical fibres // J.Opt.A: Pure Appl Opt.- 2007.- V.9, №1.- P.6-14.
5. C.N. Alexeyev, M.A. Yavorsky. Topological phase evolving from the orbital angular momentum of “coiled” quantum vortices // J.Opt.A: Pure Appl Opt.- 2006.- V.8, №9- P.752-758.
6. Алексеев К.Н., Яворский М.А. Скрученные оптические волокна, поддерживающие распространения оптических вихрей // Оптика и спектроскопия.- 2005.- Т.98, №1.- С.59-66.
7. Alekseyev K.N., Yavorsky M.A. Propagation of optical vortices in coiled weakly guiding optical fibers // Opt. and Spectroscopy.- 2007.- V.102, №5.- P.754-759.
8. Alexeyev C.N., Yavorsky M.A. Pancharatnams phase induced by the spin-orbit interaction in weakly guiding twisted elliptical fibers // Украинский журнал физической оптики.- 2007.- V.8, №1.- P.1-12.
9. Alexeyev C.N., Volyar A.V. and Yavorsky M.A. Alexeyev A.N. Vortex-preserving fibers // Proceedings of SPIE.- 2003.-V.5257.-P.295-301.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
