Экспериментальное исследование обратного потока энергии в фокусе

Abstract

С помощью двух одинаковых микрообъективов с числовой апертурой 0,95 было экспериментально показано, что интенсивность на оптической оси в плоскости фокуса оптического вихря с топологическим зарядом 2 равна нулю для света с правой круговой поляризацией и ненулевая для света с левой круговой поляризацией. Подтверждением того, что в последнем случае на оптической оси существует обратный поток энергии, является наличие в центре измеренного потока энергии слабого локального максимума (пятна Араго), объясняемого дифракцией прямого потока энергии на круге диаметром 300 нм (соответствует диаметру трубки обратного потока энергии). Сравнивая численные и экспериментальные распределения интенсивности, возможно определить диаметр трубки обратного потока – он равен расстоянию между нулями интенсивности. Для числовой апертуры 0,95 и длины волны 532 нм диаметр трубки обратного потока равен 300 нм. Также экспериментально показано, что при фокусировке цилиндрического векторного пучка второго порядка линзой с числовой апертурой 0,95 возникает осесимметричный поток энергии с очень слабым максимумом в центре (пятно Араго). Такое распределение объясняется дифракцией прямого потока энергии на круглой области диаметром 300 нм, в которой поток энергии обратный. Это также является подтверждением присутствия обратного потока энергии на оптической оси.

Using two identical microobjectives with a numerical aperture NA = 0.95, we experimentally demonstrate that the on-axis intensity near the tight focal spot of an optical vortex with a topological charge 2 is zero for right-handed circular polarization and nonzero for left-handed circular polarization. This serves to confirm that in the latter case there is a reverse energy flow on the optical axis, as testified by a very weak local maximum (the Arago spot) detected at the center of the measured energy flow distribution, caused by diffraction of the direct energy flow by a 300 nm circle (the diameter of a reverse energy flow tube). The comparison of numerical and experimental intensity distributions shows that it is possible to determine the diameter of the reverse energy flow "tube", which is equal to the distance between the adjacent intensity nulls. For NA = 0.95 and a 532 nm incident wavelength, the diameter of the on-axis reverse energy flow "tube" is measured to be 300 nm. It is also experimentally shown that when an optical beam with second-order cylindrical polarization is focused with a lens with NA = 0.95, there is a circularly symmetric energy flow in the focus with a very weak maximum in the center (the Arago spot), whose distribution is determined by diffraction of the direct energy flow by a 300 nm circular region, where the energy flow is reverse. This also confirms that in this case, there is a reverse energy flow on the optical axis.