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

Просторово-енергетичні характеристики сфокусованих мод металевого резонатора терагерцового лазера

Рубрика: 
МІКРОХВИЛЬОВА ТА ТЕРАГЕРЦОВА ТЕХНІКА
Власенко, СА, Дегтярьов, АВ, Дубінін, ММ, Маслов, ВА
Organization: 

Харківський національний університет імені В. Н. Каразина
4, м. Свободи, Харків, 61077, Україна
E-mail: a.v.degtyarev@karazin.ua
https://doi.org/10.15407/rej2019.02.068
Мова: російська
Анотація: 

Предмет і мета роботи. Теоретично досліджені просторово-енергетичні характеристики лазерних пучків з неоднорідною просторово. поляризацією при їх помірному і гострому фокусуванні. Для чисельного моделювання фокусування хвильових лазерних пучків в терагерцовому (ТГц) діапазоні в якості досліджуваного випромінювання використані моди лазерного резонатора на основі круглого металевого хвилеводу. Дані моди збігаються з власними типами коливань такого хвилеводу. Для розрахунку були обрані симетричні і несиметричні моди з азимутальною, радіальною і складною просторовою поляризацією поля.

Методи та методологія роботи. Для дослідження поширення компонент електричного поля лазерного випромінювання у вільному просторі були використані інтеграли Релея–Зоммерфельда в непараксіальному наближенні. Вплив фокусної лінзи на досліджуване випромінювання враховувався за допомогою функції амплітудно-фазової корекції. Вивчалися поперечні розподіли сумарної інтенсивності поля і її окремих компонент досліджуваних резонаторних мод в області мінімального розміру фокальної плями сфокусованих пучків випромінювання.

Результати роботи. Хвильові пучки з неоднорідною просторовою поляризацією випромінювання необхідні для вирішення важливих фундаментальних і прикладних задач, пов'язаних із взаємодією електромагнітних хвиль ТГЦ-діапазону з речовиною – діагностики поверхні матеріалів, тонких плівок, біологічних об'єктів, ТГц-систем передавання та оброблення інформації, досягнення субхвильового розрізнення ТГц-томографії, у ТГц-системах зв'язку та ін. Результати досліджень особливостей їх фокусування в ТГц-діапазоні практично відсутні. Теоретично досліджено фізичні особливості помірних і гострих фокусувань лазерних пучків випромінювання, збуджуваних модами резонатора з круглим металевим хвилеводом і різною просторовою поляризацією поля. Отримані результати розширюють знання про особливості фокусування лазерних пучків ТГц-діапазону.

Висновки. Встановлено фізичні особливості просторово-енергетичних характеристик при помірному і гострому фокусуванні у вільному просторі пучків випромінювання з різною просторовою поляризацією поля, збуджуваних модами резонатора лазера на основі круглого металевого хвилеводу в ТГц- діапазоні.
Ключові слова: металевий резонатор, моди, поляризація, терагерцовий лазер, фокусування

Стаття надійшла до редакції  06.12.2018
УДК: 537.862:621.373.826
Radiofiz. elektron. 2019, 24(2): 68-77
Повний 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.