Спосіб визначення величини та знаку топологічного заряду

Спосіб визначення величини та знаку топологічного заряду містить у собі реєстрацію картини інтерференції лазерного випромінювання, що досліджується, якій відрізняється тим, що аналізоване випромінювання із заданим топологичним зарядом спрямовується на систему довгофокусна лінза - оптичний клін, спочатку з'юстоване за допомогою транспаранта, потім реєструється, а величину та знак топологічного заряду визначають по картині реєстрації. (19) (21) 98052479 (22) 13.05.1998 (24) 15.11.2000 (33) UA (46) 15.11.2000, Бюл. № 6, 2000 р. (72) Воляр Олександр Володимирович, Олексіїв Олексій Миколайович, Бородавка Ольга Сергіївна, Орленко Наталія Сергіївна (73) СІМФЕРОПОЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. М.В. ФРУНЗЕ 30482 оптичних ви хорів у польових умовах, чи експресдіагностику їх складу. В основу винаходу поставлене завдання удосконалити спосіб визначення величини та знаку топологічного заряду оптичного вихору, у якого здійснення трансформації пучка Ерміта-Гауса забезпечує якісне збільшення завадозахищеності аналізовуваного пучка та несприйнятливість топологічних характеристик до радіаційних параметрів джерела випромінювання. Поставлене завдання вирішується тим, що спосіб визначення величини та знаку топологічного заряду містить у собі реєстрацію картини інтерференції лазерного випромінювання, що досліджується, згідно з винаходом, аналізоване випромінювання із заданим топологічним зарядом спрямовується на систему довгофокусна лінза - оптичний клин, спочатку з'юстоване за допомогою транспаранта, а потім реєструється, а величину та знак топологічного заряду визначають по картині реєстрації. Оптичне випромінювання, що поширюється уздовж вісі Z, проходить крізь систему довгофокусна збираюча лінза з фокусним віддалєм F та оптичний клин з кутом a, дифрагує на клині, та у дальнім полі випромінювання формує дифракційну картину, що залежить від топологічного складу випромінювання, що досліджується. По типу картини можна зробити висновок про топологічні характеристики лазерного випромінювання, що падає на аналізатор, тому що процес трансформації пучків Ерміта-Гауса у пучки ЛагераГауса оборотний та взаємно-рівнозначний, що надає можливість, використовуючи таблицю трансформації пучків Ерміта-Гауса у пучки ЛагераГауса, визначати характеристики пучка, що досліджується. Для реалізації способу використовують прилад (фіг. 1), який містить лазер 1, транспарант 2, довгофокусн у лінзу 3, оптичний клин 4, екран 5, розташовані послідовно по ходу випромінювання. Спосіб здійснюється таким чином. Лазерний пучок від Не-Nе лазера 1 з довжиною хвилі l=0,63 мкм, проходить транспарант 2, має характерне розподілення нулів інтенсивності у поперечному перерізі, котре задає топологічні характеристики пучку, який посходить крізь систему довгофокусна лінза 3 - оптичний клин 4, пучок ущільнюється так, що на вихідній площині кліна 4, встановленого у фокусі лінзи 3, його діаметр складає 2r 0. Грань клина орієнтується відносно пучка під кутом j0, та взаємно-сіметричних ділянки. Площі цих ділянок завдаються кутом j0*. Внаслідок дифракцій них властивостей пучка та спрямовуючих властивостей клину у дальній зоні дифракції на відстані L=10 см, яке значно більше довжини Релея Lр= =0,6 см, формується попередчасно завдана картина розподілу нулів напруженості поля світлового пучку. Наприклад, поле з виродженою крайовою дислокацією переводиться у поле із чисто гвинтовою дислокацією, або навпаки. Число зон із нульовою інтенсивністю у полі на екрані 5 однозначно відображає топологічний характер поля, яке аналізується. Наприклад, оптичний вихор з топологічним зарядом ½l½=3, який падає (фіг. 2), переводиться у типову картину, яка тримає у собі три темних смуги (ТЕМ00 поперечна мода лазерного резонатору), які розміщені під кутом 45° до вісі Z*. Дію пропонуємого способу роздивимось на прикладі (фіг. 3). Випромінюване від Не-Nе лазера із довжиною хвилі l=0,63 мкм спрямоване на транспарант 2, який уявляє собою комп'ютерносинтезовану голограму, після проходження якої виникають дифракційні пучки, що несуть топологічний заряд. Діафрагмою 3 обирають пучок із зарядом ½l½=3 та за допомогою мікрооб'єктива і уводять випромінювання у волокно 5. На виході випромінювання з волокна 5 встановлюють мікрооб’єктив 6, для компенсації кутньої розбіжності пучку, після чого пучок спрямований на довгофокусну лінзу 7. У зоні перебігу пучку розташовують біпризму 8, таким чином, що грань біпризми знаходилася у зоні перебігу із радіусом r 0= 5 мкм. Грань біпризми орієнтована під кутом 45° до вісі Z лабораторної системи координат. На екрані 9 формується дифракційна картина, яка містить у собі три нуля інтенсивності поля. Знак топологічного заряду, що досліджується, визначається по куту обертання вісі дислокації трьох нулів інтенсивності відносно вісі Z лабораторної системи координат. Якщо вісь дислокації розташована під кутом +45°, тоді І>0 (топологічний заряд позитивний), якщо під кутом -45°, тоді l