RU196429U1 - Устройство формирования пучка Эйри - Google Patents
Устройство формирования пучка Эйри Download PDFInfo
- Publication number
- RU196429U1 RU196429U1 RU2019139023U RU2019139023U RU196429U1 RU 196429 U1 RU196429 U1 RU 196429U1 RU 2019139023 U RU2019139023 U RU 2019139023U RU 2019139023 U RU2019139023 U RU 2019139023U RU 196429 U1 RU196429 U1 RU 196429U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- airy
- cylindrical lens
- radiation
- airy beam
- cubic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/56—Optics using evanescent waves, i.e. inhomogeneous waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области преобразования волновых пучков и относится к устройствам формирования самоизгибающихся Эйри пучков в электромагнитном диапазоне длин волн и акустике. Технический результат - упрощение устройства формирования пучка Эйри. Устройство формирования пучка Эйри содержит источник электромагнитного и акустического излучения, фазовую маску. Фазовая маска выполнена в виде цилиндрической линзы, внутри которой расположена кубическая частица с величиной диагонали грани, приблизительно равной диаметру цилиндрической линзы, величиной ребра не менее длины волны используемого излучения в свободном пространстве и ориентированная к падающему излучению ее ребром, развернутым от оптической оси, при этом показатель преломления материала цилиндрической линзы меньше показателя преломления кубической частицы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области преобразования волновых пучков и относится к устройствам формирования самоизгибающихся Эйри пучков в электромагнитном диапазоне длин волн и акустике.
Наиболее известным примером изогнутого светового пучка является пучок Эйри, который был предсказан Берри и Балазом в 1979 году [M. V. Berry and N. L. Balazs, Nonspreading wave packets // Am. J. Phys. 47, 264 (1979)] и экспериментально продемонстрирован Siviloglou et al. в 2007 году [G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Observation of Accelerating Airy Beams // Phys. Rev. Lett. 99, 213901 (2007)]. Пучки Эйри представляют собой «ускоренные» пучки, движущиеся по параболической траектории. На основе самоускоряющихся пучков проведено множество исследований в области захвата частиц [J. Baumgartl, M. Mazilu, and K. Dholakia, Optically mediated particle clearing using Airy wavepackets // Nat. Photonics 2, 675 (2008)], плазмы [P. Polynkin, M. Koleskik, J. V. Moloney, G. A. Siviloglou, and D. N. Christodoulides, Curved plasma channels generation using ultraintense Airy beams // Science 324, 229 (2009)], поверхностных плазмонных поляритонов [Lin, J. Dellinger, P. Genevet, B. Cluzel, F. de Fornel, and F. Capasso, Cosine-Gauss Plasmon Beam: A Localized Long-Range Nondiffracting Surface Wave // Phys. Rev. Lett. 109, 093904 (2012); L. Li, T. Li, S. M. Wang, and S. N. Zhu, Collimated Plasmon Beam: Nondiffracting versus Linearly Focused // Phys. Rev. Lett. 110, 046807 (2013)], оптических микроскопов [WO 2016/016642 Al, Airy beam light sheet and Airy beam light sheet microscope], нелинейной оптики [T. Ellenbogen, N. Voloch-Bloch, A. Ganany-Padowicz, and A. Arie, Nonlinear generation and manipulation of Airy beams // Nat. Photonics 3, 395 (2009)], и электронных пучков [N. Voloch-Bloch, Y. Lereah, Y. Lilach, A. Gover, and A. Arie, Generation of electron Airy beams. // Nature 494, 331 (2013)].
Одно из важных применений пучков Эйри - создание оптических манипуляторов с целью перемещения микрочастиц вдоль криволинейных траекторий - позволяет уменьшить световую нагрузку на биологические ткани. Это объясняется тем, что протяженный фокус пучка Эйри не содержит выделенных участков с максимальной концентрацией световой энергии, аналогичных фокальной плоскости гауссовых пучков.
Устройства формирования пучков Эйри, состоят из источника излучения и базовой оптической схемы. Базовая оптическая схема для формирования пучков Эйри включает цилиндрическую линзу и пространственный модулятор света (ПМС). Последний располагается в передней фокальной плоскости цилиндрической линзы, а пучок Эйри формируется в задней фокальной плоскости линзы и ее окрестности. При этом модулятор осуществляет кубическую фазовую модуляцию падающего гауссова пучка, т.е. действует как так называемая кубическая линза, а кривизна траектории определяется параметром, определяющим темп нарастания кубической фазы [G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Observation of Accelerating Airy Beams // Phys. Rev. Lett. 99, 213901 (2007)]. Формирование лазерных пучков Эйри осуществляют и с помощью бинарно-кодированных дифракционных оптических элементов [В.В.Котляр, А.А.Ковалев. Ускоряющиеся и вихревые лазерные пучки. М, Физматлит, 2018].
В качестве аналога ПМС применяют и дифракционные решетки [N. Gao, H. Li, X. Zhu, Y. Hua, and C. Xie. Quasi-periodic gratings: diffraction orders accelerate along curves // Opt. Lett., 38(15) 2829 (2013)], создающие «изогнутые» дифракционные порядки. Используют для получения пучков типа Эйри и метаповерхности [J. He, S.Wang, Z. Xie, J. Ye, X. Wang, Q. Kan, Y. Zhang, Abruptly autofocusing terahertz waves with meta-hologram // Opt.Lett. 41 (2016) 2787], которые сегодня, однако, достаточно сложны и дорогостоящи.
В акустике для формирования Эйри пучка используется специально подобранная сложная акустическая фазовая маска с использованием специальной среды для обеспечения требуемого фазового профиля [H. Gao, Z. M. Gu, B. Liang, X. Y. Zou, J. Yang, J. Yang, and J. C. Cheng, Acoustic focusing by symmetrical self-bending beams with phase modulations. Appl. Phys. Lett. 108, 073501 (2016)].
Cущественно, что характерный диаметр пучка семейства Эйри обычно составляет несколько длин волн, с длиной примерно равной диаметру оптического элемента, много большего длины волны. Принципиально, что при этом пучки типа Эйри обычно генерируются с использованием сложного оптического элемента с кубической фазой (или ПМС) за фокусом сферической линзы.
Отметим, что масштабирование принципов генерации пучков типа Эйри, например, в терагерцовый диапазон из оптического, иногда невозможно, поскольку ПМС не работают в ТГц-диапазоне из-за отсутствия материалов с требуемой модуляцией [Chan W. L., Chen H.-T., Taylor A. J., Brener I., Cich M. J. and Mittleman D. M. A spatial light modulator for terahertz beams // Appl. Phys. Lett. 94, 213511 (2009)].
В ближней (около 1-2 длин волны излучения) зоне, формирование изогнутых световых пучков возможно и при дифракции плоской линейно-поляризованной волны на угловой фазовой микроступеньке [P.-K. Wei, H.-Li Chou, and W.-L. Chang. Diffraction-induced near-field optical images in mesoscale air-dielectric structures // J. Opt. Soc. Am. B, 20(7), 1503 (2003)] из плавленого кварца, когда формируется гиперболически искривленная фотонная струя (вытянутая область повышенной интенсивности) длиною около 10 длин волн и с меньшим диаметром, равным около 2 длин волн [V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, and A.A. Kovalev. Curved laser microjet in near field // Applied Optics, 52(18), 4131 (2013)]. Получение изогнутых пучков в ближнем поле с малыми размерами является критическим в такой области как, например, оптические системы памяти.
В качестве прототипа выбрано устройство по патенту US 8101929 B1, МПК GO2B 27/56, H05H 3/04, G21К 1/06, DIFFRACTION FREE, SELF-BENDING AIRY WAVE ARRANGEMENT. Известное устройство формирования самоизгибающегося пучка Эйри, содержит источник электромагнитного и акустического излучения, кубическую фазовую маску, устройство преобразования Фурье (линзы).
Однако известное устройство достаточно сложно в применении и реализации.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно упрощение устройства формирования пучка Эйри.
Указанная задача достигается тем, что в устройстве формирования пучка Эйри, содержащем источник электромагнитного и акустического излучения, фазовую маску, новым является то, что фазовая маска выполнена в виде цилиндрической линзы, внутри которой расположена кубическая частица с величиной диагонали грани приблизительно равной диаметру цилиндрической линзы, величиной ребра не менее длины волны используемого излучения в свободном пространстве и ориентированная к падающему излучению ее ребром, развернутым от оптической оси, при этом показатель преломления материала цилиндрической линзы меньше показателя преломления кубической частицы. Кроме того, кубическая частица выполнена из однородного материала. Кроме того, кубическая частица выполнена из композитного материала. Кроме того, кубическая частица выполнена из искусственного материала.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии настоящей полезной модели критерию «новизна».
Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков полезной модели на достигаемый технический результат. Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие полезной модели критерию «изобретательский уровень».
Полезная модель поясняется чертежами.
На Фиг. 1 приведен пример результатов математического моделирования при формировании изогнутого пучка Эйри при облучении цилиндрической линзы, диаметром 8 длин волн используемого излучения и с расположенной внутри ее кубической частицей, при падении излучения по нормали на грань куба и падении излучения на ребро куба, развернутое от оптической оси. Кубическая частица изготовлена из искусственого материала в акустике (I.A. Sukhoivanov, I.V. Guryev, Photonic Crystals: Physics and Practical Modeling, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. DOI 10.1007/978-3-642-02646-1; F. Cervera, J.V. Sanchez-Perez, R. Martinez-Sala, C. Rubio, F. Meseguer, C. Lopez, D. Caballero and J. Sanchez-Dehesa, Refractive acoustic device for airborne sound. Phys. Rev. Lett., 88, (2001), 023902; C.H. Kuo, Z. Ye, Sonic crystal lenses that obey the lensmaker’s formula, J. Phys. D: Appl. Phys., 37, (2004), 2155-21592; L. Feng, X.-P. Liu, M.-H. Lu, Y.-B. Chen, Y.-F. Chen, Y.-W. Mao, J. Zi, Y.-Y. Zhu, S.-N. Zhu, and N.-B. Ming, “Refraction control of acoustic waves in a square-rod-constructed tunable sonic crystal,” Phys. Rev. B 73, (2006), 193101; S. Alagoz, B.B. Alagoz, Frequency-controlled wave focusing by a sonic crystal lens, Applied Acoustics, 70, (2009), 1400-1405; Minin I.V. Minin O.V. Brief Review of Acoustical (Sonic) Artificial Lenses. Proc. of the 13th Int. Scientific-technical conf. On actual problems of electronic instrument Engineering (APEIE) -39281, Novosibirsk, Oct.3-6, 2016, v.1, 136-137 (2016)).
На Фиг. 2 приведена схема устройства.
Обозначения: 1 - источник электромагнитного и акустического излучений, 2 - широкий электромагнитный и акустический пучок, 3 - цилиндрическая линза, 4 - кубическая частица, 5 - пучок Эйри.
Устройство формирования пучка Эйри работает следующим образом.
Источник электромагнитного (лазер, диод Ганна, лампа обратной волны и т.д.) или акустического (пьезоэлектрические, магнитострикционные, электромеханические) излучений 1 формирует широкий электромагнитный или акустический пучок 2, который освещает цилиндрическую линзу 3, внутри которой размещена кубическая частица 4 с величиной диагонали грани, приблизительно равной диаметру цилиндрической линзы. В результате дифракции и интерференции волн на цилиндрической линзе 3 и кубической частице 4 при относительном показателе преломления материалов, лежащем в диапазоне от 1,2 до 2 на теневой границе цилиндрической линзы формируется фотонная струя или акустический аналог фотонной струи. В результате исследования было обнаружено, что при ориентировании к падающему излучению кубической частицы 4 ребром, развернутым от оптической оси, за счет дифракции и интерференции излучения на ее угле формируется изогнутый пучок Эйри 5. При величине ребра куба менее длины волны используемого излучения в свободном пространстве пучок Эйри не формируется. С увеличением длины ребра возрастает интенсивность поля в фокальной области.
За счет поворота цилиндрической линзы 3 и соответственно кубической частицы 4 становится возможным управление областью фокусировки излучения.
Кубическая частица может быть выполнена из однородного, композитного, искусственного материалов.
Техническим результатом полезной модели является упрощение устройства формирования пучков Эйри, в появлении возможности оперативного изменения пространственного положения формируемой области фокусировки и реализации его в оптическом, микроволновом, терагерцовом и акустическом диапазонах длин волн.
Claims (4)
1. Устройство формирования пучка Эйри, содержащее источник электромагнитного и акустического излучения, фазовую маску, отличающееся тем, что фазовая маска выполнена в виде цилиндрической линзы, внутри которой расположена кубическая частица с величиной диагонали грани, приблизительно равной диаметру цилиндрической линзы, с величиной ребра не менее длины волны используемого излучения в свободном пространстве и ориентированная к падающему излучению ее ребром, развернутым от оптической оси, при этом показатель преломления материала цилиндрической линзы меньше показателя преломления кубической частицы.
2. Устройство формирования пучка Эйри по п.1, отличающееся тем, что кубическая частица выполнена из однородного материала.
3. Устройство формирования пучка Эйри по п.1, отличающееся тем, что кубическая частица выполнена из композитного материала.
4. Устройство формирования пучка Эйри по п.1, отличающееся тем, что кубическая частица выполнена из искусственного материала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019139023U RU196429U1 (ru) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Устройство формирования пучка Эйри |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019139023U RU196429U1 (ru) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Устройство формирования пучка Эйри |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU196429U1 true RU196429U1 (ru) | 2020-02-28 |
Family
ID=69768571
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019139023U RU196429U1 (ru) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Устройство формирования пучка Эйри |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU196429U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8101929B1 (en) * | 2008-04-24 | 2012-01-24 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Diffraction free, self-bending airy wave arrangement |
CN107346043A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-11-14 | 浙江师范大学 | 一种大尺度调控艾里光束传输轨迹的方法 |
WO2017206929A1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | The University Of Hong Kong | Airy-beam optical swept source |
RU191368U1 (ru) * | 2019-03-19 | 2019-08-02 | Общество с ограниченной ответственностью Торговая компания "Аэросани" | Транспортное средство |
-
2019
- 2019-11-29 RU RU2019139023U patent/RU196429U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8101929B1 (en) * | 2008-04-24 | 2012-01-24 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Diffraction free, self-bending airy wave arrangement |
WO2017206929A1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | The University Of Hong Kong | Airy-beam optical swept source |
CN107346043A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-11-14 | 浙江师范大学 | 一种大尺度调控艾里光束传输轨迹的方法 |
RU191368U1 (ru) * | 2019-03-19 | 2019-08-02 | Общество с ограниченной ответственностью Торговая компания "Аэросани" | Транспортное средство |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108015410B (zh) | 一种基于飞秒激光诱导无定形GemSbnTek薄膜制备晶态纳米结构的方法 | |
CN108919500B (zh) | 基于双光束激光阱的可调谐局域空心光束光镊系统 | |
Khonina et al. | Analysis of the formation of a longitudinally polarized optical needle by a lens and axicon under tightly focused conditions | |
CN106908946B (zh) | 一种简化的双光束光镊系统 | |
JP6363069B2 (ja) | 有機螺旋構造体の製造方法、及びそれにより製造される有機螺旋構造体 | |
Kazanskiy et al. | Nonparaxial effects in lensacon optical systems | |
CN103293679A (zh) | 用于形成光学势阱的激光光束整形操控系统 | |
RU195603U1 (ru) | Устройство для формирования оптической ловушки в форме фотонного крюка | |
Chen et al. | Tight focus of a radially polarized and amplitude-modulated annular multi-Gaussian beam | |
Geints | Minin IV. Controlling near-field focusing of a mesoscale binary phase plate in an optical radiation field with circular polarization | |
RU196429U1 (ru) | Устройство формирования пучка Эйри | |
RU161207U1 (ru) | Устройство для формирования оптической ловушки в форме фотонного крюка | |
RU202241U1 (ru) | Субволновая оптическая ловушка в поле стоячей волны на основе фотонной струи | |
Li et al. | Subdiffraction focusing metalens based on the depletion of Bessel beams | |
RU196430U1 (ru) | Устройство формирования пучка Эйри в терагерцовом диапазоне длин волн | |
RU160834U1 (ru) | Субволновая оптическая ловушка в поле стоячей волны | |
RU195550U1 (ru) | Динамически управляемая оптическая ловушка | |
Prabakaran et al. | Creation of Multiple Subwavelength Focal Spot Segments Using Phase Modulated Radially Polarized Multi Gaussian Beam | |
RU2788342C1 (ru) | Устройство для формирования фотонного крюка | |
RU218305U1 (ru) | Устройство фокусировки излучения в криволинейную область в форме акустического крюка | |
RU2809980C1 (ru) | Способ и устройство формирования наклонной фотонной струи, формируемой мезоразмерной частицей | |
RU207824U1 (ru) | Устройство для формирования оптической ловушки в форме фотонного крюка | |
CN114815277B (zh) | 基于超薄平面结构实现光场紧聚焦的方法及装置 | |
Stafeev et al. | Metalens for polarization conversion and focusing of laser light | |
RU181220U1 (ru) | Устройство субволновой оптической пипетки |