• Українська
  • English
  • Русский
ISSN 2415-3400 (Online)
ISSN 1028-821X (Print)

Пространственно-энергетические характеристики сфокусированных мод металлического резонатора терагерцевого лазера

Рубрика: 
МИКРОВОЛНОВАЯ И ТЕРАГЕРЦЕВАЯ ТЕХНИКА
Власенко, СА, Дегтярев, АВ, Дубинин, НН, Маслов, ВА
Organization: 

Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина
4, пл. Свободы, 61022, Харьков, Украина
E-mail: a.v.degtyarev@karazin.ua
https://doi.org/10.15407/rej2019.02.068
Язык: русский
Аннотация: 

Предмет и цель работы. Теоретически исследованы пространственно-энергетические характеристики лазерных пучков с неоднородной пространственной поляризацией при их умеренной и острой фокусировке. При численном моделировании фокусировки волновых лазерных пучков в терагерцевом (ТГц) диапазоне в качестве исследуемого излучения использованы моды лазерного резонатора на основе круглого металлического волновода. Данные моды совпадают с собственными типами колебаний такого волновода. Для расчета были выбраны симметричные и несимметричные моды с азимутальной, радиальной и сложной пространственной поляризацией поля.

Методы и методология работы. При исследовании распространения компонент электрического поля лазерного излучения в свободном пространстве были использованы интегралы Рэлея–Зоммерфельда в непараксиальном приближении. Влияние фокусирующей линзы на исследуемое излучение учитывалось при помощи функции амплитудно-фазовой коррекции. Изучались поперечные распределения суммарной интенсивности поля и ее отдельных компонент исследуемых резонаторных мод в области минимального размера фокального пятна сфокусированных пучков излучения.

Результаты работы. Волновые пучки с неоднородной пространственной поляризацией излучения необходимы для решения важных фундаментальных и прикладных задач, связанных с взаимодействием электромагнитных волн ТГц-диапазона с веществом - диагностики поверхности материалов, тонких пленок, биологических объектов, ТГц-систем передачи и обработки информации, достижения субволнового разрешения в ТГц-томографии, в ТГц-системах связи и т. д. Результаты исследований особенностей их фокусировки в ТГц-диапазоне практически отсутствуют. Теоретически исследованы физические особенности умеренной и острой фокусировок лазерных пучков излучения, возбуждаемых модами резонатора с круглым металлическим волноводом и различной пространственной поляризацией поля. Полученные результаты расширяют знания об особенностях фокусировки лазерных пучков ТГц-диапазона.

Заключение. Установлены физические особенности пространственно-энергетических характеристик при умеренной и острой фокусировке в свободном пространстве пучков излучения с разной пространственной поляризацией поля, возбуждаемых модами резонатора лазера на основе круглого металлического волновода в ТГц-диапазоне.
Ключевые слова: металлический резонатор, моды, поляризация, терагерцевый лазер, фокусировка

Статья поступила в редакцию 06.12.2018
УДК: 537.862:621.373.826
Radiofiz. elektron. 2019, 24(2): 68-77
Полный текст (PDF)

References: 
  1. Xiaoqiang Z., Ruishan C., Anting W. Focusing properties of cylindrical vector vortex beams. Opt. Commun. 2018. Vol. 414. P. 10–15. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2017.12.076.
  2. Khonina S.N., Ustinov A.V. Focusing properties of cylindrical vector vortex beams. Opt. Commun. 2018. Vol. 426. P. 359–365. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2018.05.070.
  3. Fu J., Yu X., Wang Y., Chen P. Generation of pure longitudinal magnetization needle with tunable longitudinal depth by focusing azimuthally polarized beams. Appl. Phys. B. 2018. Vol. 124, Iss. 1. 11(4 p.). DOI: https://doi.org/10.1007/s00340-017-6886-5.
  4. Kozawa Y., Sato S. Sharper focal spot formed by higher-order radially polarized laser beams. JOSA A. 2007. Vol. 24, Iss. 6. P. 1793–1798. DOI: https://doi.org/10.1364/JOSAA.24.001793.
  5. Zhan Q., Leger J. Focus shaping using cylindrical vector beams. Opt. Express. 2002. Vol. 10, Iss. 7. P. 324–331. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.10.000324.
  6. Chen Z., Hua L., Pu J. Tight focusing of light beams: effect of polarization, phase, and coherence. Prog. Optics. 2012. Vol. 57. P. 219–260. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-44-459422-8.00004-7.
  7. Zang Z., Mao C., Guo X., You G., Yang H., Chen L., Zhu Y., Zhuang S. Polarization-controlled terahertz super-focusing. Appl. Phys. Lett. 2018. Vol. 113, Iss. 7. P. 071102(4 p.). DOI: https://doi.org/10.1063/1.5039539.
  8. Ruan D., Li Z., Du L., Zhou X., Zhu L., Lin C., Yang M., Chen G., Yuan W., Liang G., Wen Z. Realizing a terahertz far-field sub-diffraction optical needle with sub-wavelength concentric ring structure array. Appl. Opt. 2018. Vol. 57, N 27. P. 7905–7909. DOI: https://doi.org/10.1364/AO.57.007905.
  9. Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A. Propagation and focusing of modes of dielectric resonators of terahertz range lasers. Telecommunications and Radio Engineering. 2015. Vol. 74, N 7. P. 629–640. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v74.i7.60.
  10. Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A. Senyuta V.S., Svich V.S., Topkov A.N. Propagation and focusing of modes of the dielectric resonator of terahertz laser. 2014 Int. Conf. «Laser Optics» (St. Petersburg, Russia, 30 June–4 July 2014). 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/LO.2014.6886325.
  11. Kotlyar V.V., Kovalev A.A. Nonparaxial propagation of a Gaussian optical vortex with initial radial polarization. J. Opt. Soc. 2010. Vol. 27, N 3. P. 372–380. DOI: 10.1364/JOSAA.27.000372.
  12. Volodenko A.V., Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A. Senyuta V.S., Svich V.S., Topkov A.N. Radiation characteristics of the metal waveguide resonator with a inclined mirror. Telecommunications and Radio Engineering. 2013. Vol. 72, N 14. P. 3149–1359. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v72.i14.70.
  13. Gurin O.V., Degtyarev A.V., Dubinin M.M., Maslov V.A., Muntean K.I., Ryabykh V.N. Focusing of Modes for Metallic Resonator of a Terahertz Laser with Nonuniform Spatial Polarization. IEEE 17th Int. Conf. «Mathematical Methods in Electromagnetic Theory» (MMET-2018) (Kyiv, Ukraine 2–5 July 2018), 2018. P. 226–229. DOI: https://doi.org/10.1109/MMET.2018.8460368.