Спосіб формування оптичних векторних сингулярностей

Изобретение относится к области оптоэлектроники, оптического приборостроения, способам управления поляризацией света. Известен способ формирования оптических поляризационных голографических изображений [1] на основе поляризационно-чувствительных голографических фотоматериалов при освещении их конкретным лазерным пучком с заданным распределением интенсивности и состоянии поляризации в поперечном сечении при освещении одним опорным пучком. Недостатком такого способа является невозможность получения гладкого синусоидального по оптической плотности фазового распределения фотоматериала с заданным числом состояний поляризации в сечении голограммы вследствие того, что при записи оптимальной поляризационной, информации на фоточувствительном поляризационном материале необходимо определенное соотношение между мощностями опорного и объектного пучков. Известен способ создания электромагнитного поля с векторными сингулярностями в СВЧ-диапазоне [2], в котором установленные четыре рупорные антенны излучают электромагнитные поля строго когерентные между собой, осуществляют 4-пучковую интерференцию и регистрируют сформированное поле. Недостатком этого способа является то, что способ может быть реализован в диапазоне СВЧ и более длинных волн. В качестве прототипа выбран способ получения дислокаций волнового фронта скалярных оптических волн [3], по которому сначала формируется компьютерная голограмма, на которой записана краевая дислокация в интерференционной картине двухлучевой интерференции световых пучков с равной интенсивностью, затем на лазерном принтере осуществляется распечатка этой интерференционной картины на обычной белой бумаге, по пученная картина перефотографируется на фотопленку и обрабатывается фотохимическим способом. Затем компьютерно синтезированная голограмма освещается лазерным пучком и в I или -I порядке дифракции восстанавливается пучок с винтовой дислокацией, имеющей геликоидальный волновой фронт. Недостатком этого способа является невозможность получения векторной сингулярности, способ позволяет получить только сингулярность скалярной фазы волны на оси лазерного пучка. В основу изобретения поставлена задача создать способ формирования оптических векторных сингулярностей, в котором использование магнитооптической пленки с краевыми дисклинациями полосовой доменной структуры обеспечивает векторную дифракцию лазерного пучка на полосовой доменной структуре, которая отобразит сингулярность типа ветвления вектора намагничивания доменной структуры на волновой фронт дифрагированного светового поля, формируя в каждом порядке дифракции дисклинации с топологическим зарядом равным порядку дифракции. Поставленная задача решается тем, что в способе формирования оптических векторных сингулярностей, содержащем освещение лазерным пучком транспаранта со сформированными дисклинациями и регистрацию излучения в n или - n порядке дифракции, согласно изобретению, в качестве транспаранта со сформированными дисклинациями используется магнитооптическая пленка Y3Fe5O 12 на подложке Cd3Ga5O12 с краевыми векторными дисклинациями полосовой доменной структуры, а лазерный пучок освещает пленку под углом, при котором отраженный лазерный пучок и нормаль к плоскости пленки в точке дисклинации лежат в одной плоскости. При расположении оси лазерного пучка симметрично относительно нормали, восстановленный в точку, в которой не определено направление вектора намагниченности, то векторная дифракция в окрестности этой точки отобразит центральные области дифрагирующего пучка: сингулярность типа линии дисклинации перпендикулярной плоскости наблюдения. Так как линия дисклинации лежит на поверхности сингулярностей циркуляции эллипса поляризации, а поверхность, охватывает одну или несколько линий сингулярностей ориентации эллипса поляризации, то перемещение плоскости наблюдения вдоль пучка позволяет исследовать векторные особенности сформированного оптического поля. Способ реализуется следующим образом. Берут магнитооптическую пленку из Y3Fe5O12 на оптически прозрачной подложке из Cd3Ga5O12 , со сформированной полосовой доменной структурой с краевыми дисклинациями и синусоидальным распределением ориентации намагничивания в плоскости магнитооптической пленки (фиг.1). Вектор намагниченности M лежит в плоскости пленки и на доменных границах испытывает поворот ориентации на 180° [4]. Осуществляют сдвиг доменных границ с дисклинацией, не меняя синусоидального распределения ориентации намагниченности стенок магнитных доменов. Далее пленку с краевой векторной дисклинацией располагают на пути лазерного пучка таким образом, чтобы падающий отраженный лазерный пучок и нормаль к плоскости пленки в точке дисклинации лежали в одной плоскости. На полосовой доменной структуре лазерный пучок испытывает векторную дифракцию. Если ось пучка будет располагаться симметрично относительно нормали, восстановленной в особую точку, то векторная дифракция в окрестности особой точки, в которой не определено направление вектора намагничивания отобразит центральные области дифрагирующего п учка: сингулярность типа линии дисклинации, перпендикулярной плоскости наблюдения XY. Известно, что линия дисклинации лежит на S поверхности сингулярностей циркуляции эллипса поляризации. В свою очередь, S поверхность охватывает одну или несколько C линий сингулярностей ориентации эллипса поляризации. Перемещение плоскости наблюдения XY вдоль пучка позволяет исследовать векторные особенности сформированного оптического поля. Пример реализации способа. Берут пленку Y3Fe5 O12 на подложке Cd3Ga5O12, толщина пленки 10мкм, ширина полосовой доменной структуры 2 - 3мкм, топологический заряд краевой дислокации доменных стр уктур I или -I (фиг.2). Пленка 1 устанавливается на пути лазерного пучка длиной волны 0,63мкм, радиусом 0,5мм. Пучок имеет правоциркулярную поляризацию с эллиптичностью Q = 1. Угол падения пучка на поверхность доменной пленки составляет y = 40°. Картина векторной дифракции рассматривается на расстоянии порядка 10м согласно критерию ~ ~ ~ Рылея EI - электрическое поле падающего пучка, Et - электрическое поле прошедшего пучка, Er -электрическое поле дифрагированного пучка в I = -1 порядок. I - магнитная пленка с сингулярностями полосовой структуры, 2 - l/4 - четвертьволновая пластина, 3 - анализатор, 4 - собирающая линза, 5 - экран в плоскости наблюдения, установлены последовательно вдоль оси лазерного пучка, 5 - экран располагается за двойным фокусным расстоянием линзы. Наблюдается увеличенное изображение сечения лазерного пучка с набором сингулярностей. Для линзы с фокусным расстоянием f = 3см и экране, расположенном в 10см от линзы, линейный размер окрестностей векторных особенностей составляет 2 - 3мм. Посредством независимого вращения поляризатора и l/4 пластины осуществляется анализ векторных сингулярностей. Перемещение экрана вдоль оси пучка 1 позволяет составить полную трехмерную картину векторных сингулярностей в отличие от прототипа, который позволяет сформировать картину скалярных сингулярностей. Формирование дисклинаций волнового фронта световой волны необходимо для использования в компьютерной оптике, методах обработки оптической информации, линиях оптической связи.