Спиновый угловой момент в остром фокусе цилиндрического векторного пучка с оптическим вихрем

Abstract

Рассмотрена острая фокусировка светового поля с двойной (фазовой и поляризационной) сингулярностью. С помощью метода Ричардса–Вольфа получено точное аналитическое выражение для продольной проекции вектора спинового углового момента в фокусе. Из этого выражения следует, что в фокусе формируются 4(n – 1) субволновые области, n – порядок цилиндрического векторного пучка, центры которых лежат на окружности определенного радиуса с центром на оптической оси. Причем в соседних областях знак спинового углового момента разный. Это означает, что в соседних областях в фокусе свет имеет левую и правую эллиптические поляризации (спиновый эффект Холла). В центре фокуса вблизи оптической оси имеет место правая эллиптическая поляризация (m > 0) или левая эллиптическая поляризация, если m < 0, m – топологический заряд оптического вихря. Полный продольный спин, то есть усредненная по сечению пучка продольная компонента спинового углового момента равна нулю и сохраняется при фокусировке. Из-за наличия в пучке оптического вихря с топологическим зарядом m, вблизи фокуса поперечный поток энергии вращается по спирали (в самом фокусе по окружности). Направление вращения вблизи оптической оси при m > 0 против часовой стрелки, а при m < 0 – по часовой стрелке.