Пучки Фурье–Бесселя с конечной энергией

Abstract

В данной работе рассматривается новый вид пучков Бесселя, обладающих свойством Фурье-инвариантности и поэтому названных пучками Фурье–Бесселя. Данные пучки в отличие от известных пучков Бесселя имеют слабые боковые лепестки. Получены аналитические выражения для комплексной амплитуды поля в начальной плоскости и дальней зоне. Данные пучки обладают конечной энергией, хотя у них нет Гауссовой огибающей. В исходной плоскости и в зоне Фраунгофера их комплексная амплитуда пропорциональна функции Бесселя дробного порядка (нечетное целое число, деленное на 6). По сравнению с модами Лагерра–Гаусса с нулевым радиальным индексом, такие пучки имеют меньшее внутреннее темное пятно. Такие пучки могут генерироваться пространственным модулятором света и применяться в телекоммуникациях, интерферометрии и при захвате металлических частиц.

In this paper, we consider a new type of Bessel beams having Fourier-invariance property and, therefore, called Fourier-Bessel beams. In contrast to the known Bessel beams, these beams have weak side lobes. Analytical expressions for the complex amplitude of the proposed field in the initial plane of the source and in the far field region have been obtained. It is shown that the proposed Fourier-Bessel beams have a finite energy, although they do not have a Gaussian envelope. Their complex amplitude is proportional to a fractional-order Bessel function (an odd integer divided by 6) in the initial plane and in the Fraunhofer zone. The Fourier-Bessel modes have a smaller internal dark spot compared to the Laguerre-Gauss modes with a zero radial index. The proposed beams can be generated with a spatial light modulator and may find uses in telecommunications, interferometry, and the capture of metal microparticles.