SCI Библиотека

Подробно изложена теория дифракции света в приближении Френеля применительно к различным преградам. Описывается методика выполнения лабораторных работ, приведены вопросы для самоконтроля, тесты и задачи, компьютерные модели, которые тесно связаны с теоретическим материалом. Предназначено для студентов очного и заочного отделений всех специальностей факультетов автоматики и электронного приборостроения, технической кибернетики и информатики Института радиоэлектроники и телекоммуникаций КАИ.

Книга посвящена рассмотрению необычных лазерных пучков – вихревых или
сингулярных пучков. Они называются вихревыми, потому что у них поток энергии
вращается по спирали вокруг оптической оси, когда пучок распространяется вдоль этой
оси. А сингулярными они называются потому, что в сечении таких пучков имеются
изолированные точки с нулевой интенсивностью, в которых фаза не определена. Эти
точки являются сингулярными (необычными точками). Вихревые лазерные пучки
описываются двумя интегральными (усредненными) характеристиками: орбитальным
угловым моментом (ОУМ) и топологическим зарядом (ТЗ). ОУМ пучка показывает с
каким моментом силы будет действовать свет на микрочастицу, помещенную в фокус
вихревого лазерного пучка. А ТЗ пучка показывает, сколько полных скачков на 2π
приобретет фаза в сечении пучка при обходе по замкнутому контуру, охватывающему
весь пучок. Если ОУМ пучка сохраняется при распространении скалярного
параксиального лазерного пучка, то ТЗ иногда сохраняется, а иногда нет.
Нормированный на мощность пучка ОУМ может быть и целым, и дробным числом. А
ТЗ пучка (кроме начальной плоскости и на бесконечности) всегда целый.
Исследованию ОУМ вихревых пучков посвящено достаточное число монографий, а по
исследованию ТЗ монографий нет. Эта книга как раз и посвящена изучению
топологического заряда вихревых лазерных пучков.
Книга предназначена для широкого круга научных работников, инженеров,
работающих в области оптики, фотоники, лазерной физики, оптоинформационных
технологий, оптического приборостроения. Также может быть полезной для
бакалавров и магистров по специальностям “Прикладные математика и физика”,
“Прикладная математика и информатика”, “Оптика” и аспирантам,
специализирующимся в этих областях

Еще в 424 г. до н.э. в пьесе древнегреческого поэта Аристофана «Облака» упоминается о том, что с помощью фокусировки солнечного света можно добывать огонь. С тех пор и до наших дней исследование поведения света в фокусе вызывает интерес у оптиков. В фокусе сходится свет из разных областей пространства, который обладает разной амплитудой, фазой и состоянием поляризации. Чтобы адекватно описывать свет в фокусе, следует использовать все шесть проекций векторов напряженности электрического и магнитного полей. В 1959 г. Б. Ричардом и Э. Вольфом была создана аналитическая теория строгого описания света вблизи острого фокуса, которая применяется до сих пор. Проверить ее правильность сегодня можно с помощью разностного решения системы уравнений Максвелла в рамках одного из многих коммерческих программных продуктов. Численный метод решения уравнений Максвелла (FDTD-метод) был разработан А. Тафловом и М.И. Бродвином в 1975 г. Один из интересных оптических эффектов, который имеет место в остром фокусе световых полей, — эффект обратного потока энергии, о котором впервые упоминает в 1920 г. В.С. Игнатовский. В данной книге эффект обратного потока энергии в фокусе лазерного света изучается теоретически на основе формализма Ричарса–Вольфа, численно на основе разностного решения уравнений Максвелла и экспериментально. Выясняется природа данного эффекта и условия, при которых он возникает.
Книга предназначена широкому кругу научных работников, инженеров, работающих в области оптики, фотоники, лазерной физики, оптоинформационных технологий, оптического приборостроения. Также может быть полезной бакалаврам и магистрам по специальностям «Прикладные математика и физика», «Прикладная математика и информатика», «Оптика» и аспирантам, специализирующимся в этих областях.

В монографии рассмотрены лазерные световые пучки, у которых при распространении в свободном пространстве поперечное распределение интенсивности вращается вокруг оптической оси. Причины, приводящие к вращению поперечной интенсивности пучка в пространстве, могут быть разные. Все эти различные виды вращающихся пучков подробно рассматриваются в книге. Вращающиеся лазерные пучки применяются в микроскопии для получения сверхразрешения по продольной координате и при измерении локализации и ориентации отдельных молекул, при зондировании атмосферы и в беспроводных системах связи, в передаче информации под водой, а также в датчиках магнитного поля. Книга будет полез ной для широкого круга специалистов в области фотоники, студентов старших курсов, бакалавров и магистров, обучающихся по специальностям «Оптика», «Прикладные математика и физика», «Прикладная математика и информатика», и аспирантов, специализирующихся в этих областях.

В монографии приводятся интересные результаты, которые были получены авторами в последние два года и которые касаются суперпозиции оптических вихрей. У обычных вихревых пучков Лагерра-Гаусса или Бесселя-Гаусса топологический заряд равен целому номеру угловой гармоники, которая присутствует в качестве сомножителя в комплексной амплитуде, описывающей эти пучки. Возникает вопрос: чему равен топологический заряд у соосной суперпозиции хотя бы двух таких пучков? В книге показано, что топологический заряд суперпозиции двух пучков Бесселя-Гаусса равен топологическому заряду того пучка, у которого больше поперечная проекция волнового вектора. Топологический заряд суперпозиции двух пучков Лагерра-Гаусса с разными радиусами перетяжки равен топологическому заряду того пучка, у которого радиус перетяжки больше. Топологический заряд осевой суперпозиции пучков Лагерра-Гаусса с одинаковыми радиусами перетяжки равен модулю максимального топологического заряда в суперпозиции…

Монография посвящена недавно обнаруженному эффекту в фокусе ла-
зерного света — оптическому эффекту Холла, который основан на явлении
поперечного смещения (в разные стороны) в магнитном поле зарядов разного
знака или разных спинов, переносящих электрический ток. В оптике частицам
с разным спином соответствуют световые пучки с левой и правой круговой
поляризацией, поэтому оптический эффект Холла в фокусе заключается в фор-
мировании разделенных в пространстве областей, в которых свет имеет разное
направление эллиптической или круговой поляризации.
Авторы на примере конкретных световых полей, имеющих до фокусировки
неоднородную линейную поляризацию, показали, что в остром фокусе эти све-
товые поля формируют субволновые области с левой и правой эллиптической
поляризацией, что служит проявлением спинового эффекта Холла.
Книга может быть интересна широкому кругу научных работников, ин-
женерам в сфере оптики, фотоники, лазерной физики, оптоинформационных
технологий, оптического приборостроения, а также бакалаврам и магистрам
по специальностям «Прикладные математика и физика», «Прикладная матема-
тика и информатика», «Оптика» и аспирантам, специализирующимся в этих
областях