Фокусування терагерцових вихрових лазерних пучків, збуджених TM0m модами діелектричного хвилевідного резонатора

Abstract

Методи дослідження. Для розв’язання задач даної кваліфікаційної робити використана векторна теорія Релея-Зоммерфельда. За допомогою цієї теорії знайдено компоненти електричного поля вихрових лазерних пучків, як у вільному просторі, так і при їх гострому фокусуванні. Отримані результати та їх новизна. Аналітично отримано вирази для опису непараксіальної дифракції та досліджено розповсюдження та фокусування вихрових терагерцових лазерних пучків, збуджених радіально поляризованими модами TM01–TM03. Вперше встановлено особливості розподілів інтенсивностей поля для різних топологічних зарядів: кільцева структура для n = 0, 2 та осьовий максимум для n = 1. Показано зміну просторового профілю пучка при гострому фокусуванні: зосередження поля в центрі для n = 1 і формування нульової інтенсивності на осі для n = 2 під дією спіральної фазової пластинки. Використання спіральної фазової пластинки з топологічним зарядом n =1 призводить до зміни фазового фронту пучка з сферичного на такий, що має однопелюсткову вихрову структуру, а для n = 2 – двопелюсткову вихрову структур.

Research methods. To solve the problems of this qualification work, the vector theory of Rayleigh-Sommerfeld was used. Using this theory, the components of the electric field of vortex laser beams were found, both in free space and during their sharp focusing. Results and their novelty. Expressions for describing non-paraxial diffraction were analytically obtained and the propagation and focusing of vortex terahertz laser beams excited by radially polarized modes TM01–TM03 were investigated. The features of the field intensity distributions for different topological charges were established for the first time: a ring structure for n = 0, 2 and an axial maximum for n = 1. The change in the spatial profile of the beam during sharp focusing was shown: the field concentration in the center for n = 1 and the formation of zero intensity on the axis for n = 2 under the action of a spiral phase plate. The use of a spiral phase plate with a topological charge n = 1 leads to a change in the phase front of the beam from spherical to one with a single-lobe vortex structure, and for n = 2 – a two-lobe vortex structure.