eng
Выпуск #3/2022
В. Ю. Венедиктов, К. Н. Гаврильева, Ю. С. Гудин, В. Д. Ненадович, А. А. Рыжая, А. А. Севрюгин, А. Л. Соколов, Е. В. Шалымов
Поляризационный интерферометр и структурированный свет
Поляризационный интерферометр и структурированный свет
Просмотры: 582
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2022.16.3.226.234
В статье описывается экспериментальное исследование способа формирования структурированного света с использованием комбинации двух уголковых отражателей со специальным интерференционным фазосдвигающим покрытием. Как и предсказывалось ранее, при правильном расположении эти уголковые отражатели создают пространственную поляризационную структуру, в которой плоскость колебаний вектора E вращается с изменением азимута в поперечной плоскости. Схема позволяет легко создавать такие пучки, хотя и с некоторыми особенностями – требуется согласовывание фаз, а сами структуры лучше всего выражены в «дальнем» поле.
В статье описывается экспериментальное исследование способа формирования структурированного света с использованием комбинации двух уголковых отражателей со специальным интерференционным фазосдвигающим покрытием. Как и предсказывалось ранее, при правильном расположении эти уголковые отражатели создают пространственную поляризационную структуру, в которой плоскость колебаний вектора E вращается с изменением азимута в поперечной плоскости. Схема позволяет легко создавать такие пучки, хотя и с некоторыми особенностями – требуется согласовывание фаз, а сами структуры лучше всего выражены в «дальнем» поле.
Теги: cube-corner reflectors optical vortex polarization of light retroreflective spatial-polarization interferometer spatial polarization structure поляризация света пространственная поляризационная структура световозвращающий пространственно-поляризационный интерферометр уголковые отражатели
Поляризационный интерферометр и структурированный свет
В. Ю. Венедиктов 1, К. Н. Гаврильева 1, Ю. С. Гудин 1,
В. Д. Ненадович 2, А. А. Рыжая 1, А. А. Севрюгин 1, А. Л. Соколов 2, Е. В. Шалымов 1
Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия
Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения» (АО «НПК «СПП»), Москва, Россия
В статье описывается экспериментальное исследование способа формирования структурированного света с использованием комбинации двух уголковых отражателей со специальным интерференционным фазосдвигающим покрытием. Как и предсказывалось ранее, при правильном расположении эти уголковые отражатели создают пространственную поляризационную структуру, в которой плоскость колебаний вектора E вращается с изменением азимута в поперечной плоскости. Схема позволяет легко создавать такие пучки, хотя и с некоторыми особенностями – требуется согласовывание фаз, а сами структуры лучше всего выражены в «дальнем» поле.
Ключевые слова: уголковые отражатели, пространственная поляризационная структура, поляризация света, световозвращающий пространственно-поляризационный интерферометр
Статья получена: 12.04.2022
Статья принята: 26.04.2022
Введение
Существует множество методов создания структурированного света, таких как компьютерные голограммы, спиральные фазовые пластины, преобразователи мод и иные. Несмотря на это, продолжаются работы по изучению альтернативных методов получения пучков структурированного света, один из которых будет описан в данной статье.
Ранее была проделана большая работа по созданию уголковых отражателей (УО) с определенной дифракционной картиной дальнего поля, причем одним из эффективных способов оптимизации стало использование специального фазосдвигающего интерференционного покрытия для создания требуемого сдвига фазы света, отраженного от поверхностей уголковых отражателей [1–6]. Основная цель разработки этих УО – уменьшение расходимости отраженного пучка, что важно в такой задаче, как измерение расстояния от Земли до спутников. Сегодня все спутники GPS, Глонасс и многие другие оснащены панелями, содержащими несколько десятков или даже несколько сотен специальных УО. По сравнению с «обычным» УО, легкодоступным решением у многочисленных коммерческих компаний, такой УО обладает двумя особенностями, а именно:
Угол между гранями призмы немного больше стандартного угла в 90°. Следовательно, вместо одиночного пучка с гексагональным рисунком в его сечении такой УО отражает входящую плоскую волну как комбинацию из шести отдельных пучков, распространяющихся вдоль конической поверхности.
«Обычные» УО используют полное внутреннее отражение от граней. Следовательно, после каждого отражения P- и S-линейно поляризованные компоненты излучения накапливают взаимный фазовый сдвиг в зависимости от геометрии отражения. Отражающие поверхности призм, которые мы здесь рассматриваем, покрыты специальными покрытиями, обеспечивающими либо сохранение линейной поляризации, либо ее поворот на 90°.
Такие уголковые отражатели образуют шеститочечную дифракционную картину, при этом плоскости колебаний вектора E каждой из точек повернуты относительно друг друга на определенный угол. В работах [4, 7, 8] теоретически рассматривался так называемый поляризационный интерферометр. Такой интерферометр аналогичен обычному интерферометру Майкельсона, в котором оба плоских зеркала заменены упомянутыми УО.
В работах [4, 7, 8] теоретически рассматривались различные конфигурации таких интерферометров. Было показано, что наиболее интересным вариантом является тот, в котором равносторонние треугольники входных граней УО повернуты на 60° относительно друг друга. Как мы уже говорили, в работах [4, 7, 8] эти устройства изучались теоретически. Было показано, что можно создавать различные конфигурации таких устройств. В одной из таких конфигураций можно создать так называемый векторный вихревой пучок с азимутальным направлением вектора поляризации. В этой статье, которую мы предлагаем вниманию читателей, представлена первая экспериментальная реализация такого устройства и генерация в нем структурированного света. Для удобства читателя мы приводим сначала краткое объяснение работы такого устройства, а после него – результаты экспериментов и некоторые обсуждения.
Интересно отметить, что, согласно результатам [8], другие конфигурации поляризационного интерферометра могут создавать так называемый фазовый вихрь второго порядка и многие другие интересные и перспективные варианты структурированных световых пучков с осесимметричным распределением фазы и поляризации. Такие конфигурации будут исследованы в наших следующих статьях.
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР И СТРУКТУРИРОВАННЫЙ СВЕТ
Подробно теория работы поляризационного интерферометра была описана в [8]. Здесь мы приводим некоторые краткие сведения из упомянутой статьи, чтобы упростить читателю понимание нашей экспериментальной установки.
Первое, что следует отметить, – когда пучок проходит УО, он подвергается трем отражениям, каждое из которых вызывает сдвиг фазы между ортогональными компонентами вектора E. Во-вторых, плоскости падения пучка на ребро не совпадают. Эти факторы определяют поляризационные характеристики УО. Результирующая структура поляризации отраженного пучка зависит от того, в какой из шести секторов попадает пучок (рис. 1а), поляризации исходного пучка и параметров УО [1–6]. Волновой фронт исходного пучка делится на шесть частей при его отражении от УО, как упоминалось ранее, и эти части имеют разные состояния поляризации и фазовые сдвиги. В дополнение к этому из-за дифракции и интерференции между ними будет формироваться сложная дифракционная картина дальнего поля (ДКДП). Фазовый сдвиг ортогональных составляющих во время отражения оказывает наиболее значительное влияние и зависит от типа покрытия поверхности УО.
В нашем случае эти УО имеют специальное интерференционное покрытие, которое позволяет подобрать во время производства результирующий сдвиг фазы в широком диапазоне от 0 до π. Такие покрытия вызывают фазосдвигающими, а нужный результат достигается набором слоев с различными коэффициентами пропускания для P- и S-поляризованных составляющих волны. В случае отражения от поверхности УО под углом Брюстера P-компонента проходит до последнего слоя интерференционного покрытия почти без отражений и возвращается, благодаря полному внутреннему отражению, с определенным сдвигом фазы, который зависит от толщины покрытия, его показателя преломления и количества слоев. При этом S-составляющая подвергается многочисленным отражениям на границах слоев, и результирующая волна формируется путем наложения вторичных когерентных волн с различными фазовыми сдвигами [6]. В нашем случае рассматриваются только УО с нулевым сдвигом фазы и с ДКДП в виде симметричной системы из шести точек без центрального пятна.
Предположим, что два УО с фазосдвигающим покрытием, которое обеспечивает нулевой сдвиг фазы между компонентами P- и S-поляризации при отражении от каждой из трех граней размещены вместо зеркал в интерферометре типа Майкельсона под углом 60°, как показано на рис. 2а. В зависимости от фазового сдвига (от 0 до π) между отраженными от них пучками мы получим разные структуры. Этот сдвиг фазы может быть создан либо с помощью жидкокристаллической (ЖК) ячейки, ячейки с изменяемой оптической длиной, либо с помощью подвижки, например, с пьезокерамическим приводом. Полученная установка работает аналогично световозвращающему пространственно-поляризационному интерферометру (СВППИ), основанному на интерферометре Рэлея, описанном в [8].
Поляризационные свойства СВППИ описываются как спиральный вращатель поляризации, порядок и знак которого меняются в зависимости от углового расстояния от оси пучка.
В случае некогерентной суперпозиции отраженный пучок может быть разложен на набор мод Эрмита–Гаусса с различной поляризацией. Если мы добавим разницу в пути между двумя отраженными пучками (т. е. сдвиг фазы) в уравнение, то получим следующие результаты: если падающая плоская волна имеет линейную поляризацию, в отраженном пучке наблюдается осесимметричная структура поляризации. На большом расстоянии интенсивность в кольце становится равномерной. В зависимости от разности фаз отраженных пучков структура поляризации существенно меняется. При нулевой разности фаз можно наблюдать осесимметричную структуру поляризации второго порядка, показанную на рис. 2b, с вектором Джонса:
.
Если разность фаз равна π, пучки компенсируют друг друга, и на периферии появляется пучок четвертого порядка с вращением вектора E в противоположную сторону в поперечной плоскости, рис. 2c:
.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И РЕЗУЛЬТАТЫ
Схема экспериментальной установки представлена на рис. 3. В качестве источника используется He-Ne лазер 1, с помощью перестраиваемого коллиматора 2 на отражатели подавался либо параллельный, либо слегка расходящийся пучок света. Коллимированный пучок проходит через поляризатор 3, после чего он разделяется светоделительным кубом 4 на две волны с равной интенсивностью и поляризацией. После этого пучки отражаются от УО 5 и 6 и вновь совмещаются с помощью светоделительного куба, создавая требуемое распределение поляризации. Затем пучок отражался несколько раз от плоских зеркал, установленных на достаточно большом расстоянии (не показано на схеме), чтобы увеличить оптический путь. После этого результат записывался с помощью камеры 9 или наблюдался на бумажном экране. В некоторых случаях дополнительно устанавливался объектив 8. Вращая поляризатор 7, мы анализировали распределение поляризации на конечном изображении.
Результат, полученный только с одним уголковым отражателем и без поляризатора 7, показан на рис. 4 вверху слева. Верхнее правое и изображения в нижнем ряду на рис. 4 показывают результаты только с одним уголковым отражателем при различных ориентациях поляризатора 7.
Изображение, полученное от системы из двух уголковых отражателей без поляризатора 7 на некотором расстоянии, показано на рис. 5. На рис. 6 показаны изображения, полученные при установке поляризатора 7 под различными углами. Из-за недостаточного расстояния между экспериментальной установкой и камерой эти изображения выглядят не так, как должны, поскольку дифракция недостаточно повлияла на распределение интенсивности. Однако видно, что интенсивность меняется при вращении поляризатора в соответствии с теорией.
Заключение
В данной работе представлены результаты экспериментального исследования формирования поляризационно-симметричной структуры отраженного излучения с использованием лучей, отраженных от комбинации двух уголковых отражателей со специальным интерференционным фазосдвигающим покрытием. Основываясь на предыдущих теоретических исследованиях, мы собрали световозвращающий интерферометр, позволяющий получить распределение интенсивности в форме кольца с результирующей плоскостью поляризации, вращающейся вокруг центра из линейно поляризованного света. Результаты показывают, что поляризация на полученном изображении соответствует теоретическим исследованиям. В ближайшем будущем планируется продолжить этот эксперимент с увеличенным оптическим трактом и провести эксперимент с круговой поляризацией на входе. Другие конфигурации поляризационного интерферометра могут создавать так называемый фазовый вихрь второго порядка и многие другие интересные и перспективные варианты структурированных световых пучков с осесимметричным распределением фазы и поляризации. Такие конфигурации будут исследованы в наших следующих статьях.
Финансирование
Исследование проходило при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации в рамках Программы «Приоритет‑2030». К. Н. Гаврильева выражает благодарность РФФИ за финансирование в рамках гранта 20-32-90140 «Аспиранты».
REFERENCES
Sadovnikov M. A., Sokolov A. L. Spatial polarization structure of radiation formed by a retroreflector with nonmetalized faces. Opt. Spectrosc. 2009;107:201–206. DOI: 10.1134/S0030400X09080062.
Crabtree K. Chipman R. Polarization conversion cube-corner retroreflector. Appl. Opt. 2010;49:5882-5890. DOI: 10.1364/AO.49.005882.
Sokolov A. L., Murashkin V. V. Diffraction polarization optical elements with radial symmetry. Opt. Spectrosc. 2011;111: 859–865. DOI: 10.1134/S0030400X11130212.
Sokolov A. L. Formation of polarization-symmetrical beams using cube-corner reflectors. J. Opt. Soc. Am. A. 2013; 30: 1350–1357. DOI: 10.1364/JOSAA.30.001350.
Sokolov A. L. Optical vortices with axisymmetric polarization structure. Opt. Eng. 2017;56:014109. DOI: 10.1117/1.OE.56.1.014109.
Dennis M. R., O’Holleran K., Padgett M. J. Singular Optics: Optical Vortices and Polarization Singularities. In PROGRESS IN OPTICS. 2009; 53: 293–363). Amsterdam: Elsevier. https://doi.org/10.1016/S0079-6638(08)00205-9.
Sokolov A. L. Optical vortices with axisymmetric polarization structure. Opt. Eng. 2017;56, 014109. DOI: 10.1117/1.OE.56.1.014109.
Sokolov A. L., Murashkin V. V. Retroreflective spatial-polarization interferometer. Applied Optics. Nov. 2020; 59(32): 9912–9923. DOI: 10.1364/AO.403232.
АВТОРЫ
В. Ю. Венедиктов, д. ф.‑ м. н., профессор, главный научный сотрудник, Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0055-1234-5678
К. Н. Гаврильева, аспирант, Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0001-8946-9558
Ю. С. Гудин, студент, Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0002-1061-7261
В. Д. Ненадочев, Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения» (АО «НПК «СПП»), Москва, Россия.
ORCID: 0000-0003-2628-0648
А. А. Рыжая, студент, Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0001-9574-1802
А. А. Севрюгин, к. ф.‑ м. н., научный сотрудник, Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0002-5982-7892
А. Л. Соколов, д. т. н., проф., руководитель направления, Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения» (АО «НПК «СПП»), Москва, Россия.
ORCID: 0000-0001-6164-7615
Е. В. Шалымов, к. т. н., Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0002-0731-6978
В. Ю. Венедиктов 1, К. Н. Гаврильева 1, Ю. С. Гудин 1,
В. Д. Ненадович 2, А. А. Рыжая 1, А. А. Севрюгин 1, А. Л. Соколов 2, Е. В. Шалымов 1
Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия
Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения» (АО «НПК «СПП»), Москва, Россия
В статье описывается экспериментальное исследование способа формирования структурированного света с использованием комбинации двух уголковых отражателей со специальным интерференционным фазосдвигающим покрытием. Как и предсказывалось ранее, при правильном расположении эти уголковые отражатели создают пространственную поляризационную структуру, в которой плоскость колебаний вектора E вращается с изменением азимута в поперечной плоскости. Схема позволяет легко создавать такие пучки, хотя и с некоторыми особенностями – требуется согласовывание фаз, а сами структуры лучше всего выражены в «дальнем» поле.
Ключевые слова: уголковые отражатели, пространственная поляризационная структура, поляризация света, световозвращающий пространственно-поляризационный интерферометр
Статья получена: 12.04.2022
Статья принята: 26.04.2022
Введение
Существует множество методов создания структурированного света, таких как компьютерные голограммы, спиральные фазовые пластины, преобразователи мод и иные. Несмотря на это, продолжаются работы по изучению альтернативных методов получения пучков структурированного света, один из которых будет описан в данной статье.
Ранее была проделана большая работа по созданию уголковых отражателей (УО) с определенной дифракционной картиной дальнего поля, причем одним из эффективных способов оптимизации стало использование специального фазосдвигающего интерференционного покрытия для создания требуемого сдвига фазы света, отраженного от поверхностей уголковых отражателей [1–6]. Основная цель разработки этих УО – уменьшение расходимости отраженного пучка, что важно в такой задаче, как измерение расстояния от Земли до спутников. Сегодня все спутники GPS, Глонасс и многие другие оснащены панелями, содержащими несколько десятков или даже несколько сотен специальных УО. По сравнению с «обычным» УО, легкодоступным решением у многочисленных коммерческих компаний, такой УО обладает двумя особенностями, а именно:
Угол между гранями призмы немного больше стандартного угла в 90°. Следовательно, вместо одиночного пучка с гексагональным рисунком в его сечении такой УО отражает входящую плоскую волну как комбинацию из шести отдельных пучков, распространяющихся вдоль конической поверхности.
«Обычные» УО используют полное внутреннее отражение от граней. Следовательно, после каждого отражения P- и S-линейно поляризованные компоненты излучения накапливают взаимный фазовый сдвиг в зависимости от геометрии отражения. Отражающие поверхности призм, которые мы здесь рассматриваем, покрыты специальными покрытиями, обеспечивающими либо сохранение линейной поляризации, либо ее поворот на 90°.
Такие уголковые отражатели образуют шеститочечную дифракционную картину, при этом плоскости колебаний вектора E каждой из точек повернуты относительно друг друга на определенный угол. В работах [4, 7, 8] теоретически рассматривался так называемый поляризационный интерферометр. Такой интерферометр аналогичен обычному интерферометру Майкельсона, в котором оба плоских зеркала заменены упомянутыми УО.
В работах [4, 7, 8] теоретически рассматривались различные конфигурации таких интерферометров. Было показано, что наиболее интересным вариантом является тот, в котором равносторонние треугольники входных граней УО повернуты на 60° относительно друг друга. Как мы уже говорили, в работах [4, 7, 8] эти устройства изучались теоретически. Было показано, что можно создавать различные конфигурации таких устройств. В одной из таких конфигураций можно создать так называемый векторный вихревой пучок с азимутальным направлением вектора поляризации. В этой статье, которую мы предлагаем вниманию читателей, представлена первая экспериментальная реализация такого устройства и генерация в нем структурированного света. Для удобства читателя мы приводим сначала краткое объяснение работы такого устройства, а после него – результаты экспериментов и некоторые обсуждения.
Интересно отметить, что, согласно результатам [8], другие конфигурации поляризационного интерферометра могут создавать так называемый фазовый вихрь второго порядка и многие другие интересные и перспективные варианты структурированных световых пучков с осесимметричным распределением фазы и поляризации. Такие конфигурации будут исследованы в наших следующих статьях.
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР И СТРУКТУРИРОВАННЫЙ СВЕТ
Подробно теория работы поляризационного интерферометра была описана в [8]. Здесь мы приводим некоторые краткие сведения из упомянутой статьи, чтобы упростить читателю понимание нашей экспериментальной установки.
Первое, что следует отметить, – когда пучок проходит УО, он подвергается трем отражениям, каждое из которых вызывает сдвиг фазы между ортогональными компонентами вектора E. Во-вторых, плоскости падения пучка на ребро не совпадают. Эти факторы определяют поляризационные характеристики УО. Результирующая структура поляризации отраженного пучка зависит от того, в какой из шести секторов попадает пучок (рис. 1а), поляризации исходного пучка и параметров УО [1–6]. Волновой фронт исходного пучка делится на шесть частей при его отражении от УО, как упоминалось ранее, и эти части имеют разные состояния поляризации и фазовые сдвиги. В дополнение к этому из-за дифракции и интерференции между ними будет формироваться сложная дифракционная картина дальнего поля (ДКДП). Фазовый сдвиг ортогональных составляющих во время отражения оказывает наиболее значительное влияние и зависит от типа покрытия поверхности УО.
В нашем случае эти УО имеют специальное интерференционное покрытие, которое позволяет подобрать во время производства результирующий сдвиг фазы в широком диапазоне от 0 до π. Такие покрытия вызывают фазосдвигающими, а нужный результат достигается набором слоев с различными коэффициентами пропускания для P- и S-поляризованных составляющих волны. В случае отражения от поверхности УО под углом Брюстера P-компонента проходит до последнего слоя интерференционного покрытия почти без отражений и возвращается, благодаря полному внутреннему отражению, с определенным сдвигом фазы, который зависит от толщины покрытия, его показателя преломления и количества слоев. При этом S-составляющая подвергается многочисленным отражениям на границах слоев, и результирующая волна формируется путем наложения вторичных когерентных волн с различными фазовыми сдвигами [6]. В нашем случае рассматриваются только УО с нулевым сдвигом фазы и с ДКДП в виде симметричной системы из шести точек без центрального пятна.
Предположим, что два УО с фазосдвигающим покрытием, которое обеспечивает нулевой сдвиг фазы между компонентами P- и S-поляризации при отражении от каждой из трех граней размещены вместо зеркал в интерферометре типа Майкельсона под углом 60°, как показано на рис. 2а. В зависимости от фазового сдвига (от 0 до π) между отраженными от них пучками мы получим разные структуры. Этот сдвиг фазы может быть создан либо с помощью жидкокристаллической (ЖК) ячейки, ячейки с изменяемой оптической длиной, либо с помощью подвижки, например, с пьезокерамическим приводом. Полученная установка работает аналогично световозвращающему пространственно-поляризационному интерферометру (СВППИ), основанному на интерферометре Рэлея, описанном в [8].
Поляризационные свойства СВППИ описываются как спиральный вращатель поляризации, порядок и знак которого меняются в зависимости от углового расстояния от оси пучка.
В случае некогерентной суперпозиции отраженный пучок может быть разложен на набор мод Эрмита–Гаусса с различной поляризацией. Если мы добавим разницу в пути между двумя отраженными пучками (т. е. сдвиг фазы) в уравнение, то получим следующие результаты: если падающая плоская волна имеет линейную поляризацию, в отраженном пучке наблюдается осесимметричная структура поляризации. На большом расстоянии интенсивность в кольце становится равномерной. В зависимости от разности фаз отраженных пучков структура поляризации существенно меняется. При нулевой разности фаз можно наблюдать осесимметричную структуру поляризации второго порядка, показанную на рис. 2b, с вектором Джонса:
.
Если разность фаз равна π, пучки компенсируют друг друга, и на периферии появляется пучок четвертого порядка с вращением вектора E в противоположную сторону в поперечной плоскости, рис. 2c:
.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И РЕЗУЛЬТАТЫ
Схема экспериментальной установки представлена на рис. 3. В качестве источника используется He-Ne лазер 1, с помощью перестраиваемого коллиматора 2 на отражатели подавался либо параллельный, либо слегка расходящийся пучок света. Коллимированный пучок проходит через поляризатор 3, после чего он разделяется светоделительным кубом 4 на две волны с равной интенсивностью и поляризацией. После этого пучки отражаются от УО 5 и 6 и вновь совмещаются с помощью светоделительного куба, создавая требуемое распределение поляризации. Затем пучок отражался несколько раз от плоских зеркал, установленных на достаточно большом расстоянии (не показано на схеме), чтобы увеличить оптический путь. После этого результат записывался с помощью камеры 9 или наблюдался на бумажном экране. В некоторых случаях дополнительно устанавливался объектив 8. Вращая поляризатор 7, мы анализировали распределение поляризации на конечном изображении.
Результат, полученный только с одним уголковым отражателем и без поляризатора 7, показан на рис. 4 вверху слева. Верхнее правое и изображения в нижнем ряду на рис. 4 показывают результаты только с одним уголковым отражателем при различных ориентациях поляризатора 7.
Изображение, полученное от системы из двух уголковых отражателей без поляризатора 7 на некотором расстоянии, показано на рис. 5. На рис. 6 показаны изображения, полученные при установке поляризатора 7 под различными углами. Из-за недостаточного расстояния между экспериментальной установкой и камерой эти изображения выглядят не так, как должны, поскольку дифракция недостаточно повлияла на распределение интенсивности. Однако видно, что интенсивность меняется при вращении поляризатора в соответствии с теорией.
Заключение
В данной работе представлены результаты экспериментального исследования формирования поляризационно-симметричной структуры отраженного излучения с использованием лучей, отраженных от комбинации двух уголковых отражателей со специальным интерференционным фазосдвигающим покрытием. Основываясь на предыдущих теоретических исследованиях, мы собрали световозвращающий интерферометр, позволяющий получить распределение интенсивности в форме кольца с результирующей плоскостью поляризации, вращающейся вокруг центра из линейно поляризованного света. Результаты показывают, что поляризация на полученном изображении соответствует теоретическим исследованиям. В ближайшем будущем планируется продолжить этот эксперимент с увеличенным оптическим трактом и провести эксперимент с круговой поляризацией на входе. Другие конфигурации поляризационного интерферометра могут создавать так называемый фазовый вихрь второго порядка и многие другие интересные и перспективные варианты структурированных световых пучков с осесимметричным распределением фазы и поляризации. Такие конфигурации будут исследованы в наших следующих статьях.
Финансирование
Исследование проходило при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации в рамках Программы «Приоритет‑2030». К. Н. Гаврильева выражает благодарность РФФИ за финансирование в рамках гранта 20-32-90140 «Аспиранты».
REFERENCES
Sadovnikov M. A., Sokolov A. L. Spatial polarization structure of radiation formed by a retroreflector with nonmetalized faces. Opt. Spectrosc. 2009;107:201–206. DOI: 10.1134/S0030400X09080062.
Crabtree K. Chipman R. Polarization conversion cube-corner retroreflector. Appl. Opt. 2010;49:5882-5890. DOI: 10.1364/AO.49.005882.
Sokolov A. L., Murashkin V. V. Diffraction polarization optical elements with radial symmetry. Opt. Spectrosc. 2011;111: 859–865. DOI: 10.1134/S0030400X11130212.
Sokolov A. L. Formation of polarization-symmetrical beams using cube-corner reflectors. J. Opt. Soc. Am. A. 2013; 30: 1350–1357. DOI: 10.1364/JOSAA.30.001350.
Sokolov A. L. Optical vortices with axisymmetric polarization structure. Opt. Eng. 2017;56:014109. DOI: 10.1117/1.OE.56.1.014109.
Dennis M. R., O’Holleran K., Padgett M. J. Singular Optics: Optical Vortices and Polarization Singularities. In PROGRESS IN OPTICS. 2009; 53: 293–363). Amsterdam: Elsevier. https://doi.org/10.1016/S0079-6638(08)00205-9.
Sokolov A. L. Optical vortices with axisymmetric polarization structure. Opt. Eng. 2017;56, 014109. DOI: 10.1117/1.OE.56.1.014109.
Sokolov A. L., Murashkin V. V. Retroreflective spatial-polarization interferometer. Applied Optics. Nov. 2020; 59(32): 9912–9923. DOI: 10.1364/AO.403232.
АВТОРЫ
В. Ю. Венедиктов, д. ф.‑ м. н., профессор, главный научный сотрудник, Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0055-1234-5678
К. Н. Гаврильева, аспирант, Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0001-8946-9558
Ю. С. Гудин, студент, Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0002-1061-7261
В. Д. Ненадочев, Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения» (АО «НПК «СПП»), Москва, Россия.
ORCID: 0000-0003-2628-0648
А. А. Рыжая, студент, Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0001-9574-1802
А. А. Севрюгин, к. ф.‑ м. н., научный сотрудник, Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0002-5982-7892
А. Л. Соколов, д. т. н., проф., руководитель направления, Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения» (АО «НПК «СПП»), Москва, Россия.
ORCID: 0000-0001-6164-7615
Е. В. Шалымов, к. т. н., Кафедра лазерных измерительных и навигационных систем, Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия.
ORCID: 0000-0002-0731-6978
Отзывы читателей
