Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
The matrix model of vortex-beam quadrefringence in a uniaxial crystal
Fadeyeva T.A., Rubass A.F., Volyar A.V.

Physics Department, Taurida National V. Vernadsky University, 4 Vernadsky Ave., 95007 Simferopol, Ukraine

download full version 

We consider a matrix model for the tilted oblique propagation of singular beams in optically uniaxial crystals. The model predicts a series of fine effects such as vortex conversion and beam quadrefringence, being in a good agreement with the paraxial theory. Although the model gives overrated magnitudes of the beam parameters in the asymptotic case it enables us to calculate the processes occurring with high-order vortex beams, where the theory encounters computation difficulties.

Keywords: optical vortex, quadrefringence, uniaxial crystal

PACS: 41.85.-p, 42.25.Ja, 42.25.Lc
UDC: 535.5
Ukr. J. Phys. Opt. 10 109-123   doi: 10.3116/16091833/10/3/109/2009
Received: 28.03.2009

Анотація. В роботі розглянута матрична модель для сингулярних променів, які поширюються під певним кутом до оптичної осі в оптично одновісних кристалах. При узгодженні з параксіальною теорією, модель передбачає серію тонких ефектів таких, як конверсія вихорів та чотиризаломлення променів. Крім цього на основі даної моделі отримуються параметри променя в асимптотичному випадку. Це дає можливість розрахувати процеси, які виникають у променях, що містять вихори вищих порядків і для яких існуюча теорія зіштовхується з розрахунковими труднощами. 
REFERENCES
  1. Soskin M and Vasnetsov M, 2001. Singular optics. Progress in Optics 42: 219–276.
  2. Fleck J A and Feit M D, 1983. Beam propagation in uniaxial anisotropic media. J. Opt. Soc. Amer. 73: 920–928. doi:10.1364/JOSA.73.000920
  3. Seshadri S R, 2003. Basic elliptical Gaussian wave and beam in a uniaxial crystal. J. Opt. Soc. Amer. A. 20: 1818–1826. doi:10.1364/JOSAA.20.001818
  4. Volyar A and Fadeyeva T, 2003. Generation of singular beams in uniaxial crystals, Opt. Spectr. 94: 264–274. doi:10.1134/1.1555184
  5. Ciattoni A, Cincotti G and Palma C, 2003. Circular polarized beams and vortex generation in uniaxial media. J. Opt. Soc. Amer. A. 20: 163–171. doi:10.1364/JOSAA.20.000163
  6. Fadeyeva T, Rubass A, Egorov Yu, Volyar A and Swartzlander G, 2008. Quadrefringence of optical vortices in a uniaxial crystal. J. Opt. Soc. Amer. A. 25: 1643–1641. doi:10.1364/JOSAA.25.001634
  7. Fadeyeva T, Rubass A and Volyar A, 2009. The transverse shift of a high order paraxial vortex-beam induced by a homogeneous anisotropic medium. Phys. Rev. A. 79: 053815-1-12. See also ArXiv http://arxiv.org/abs/0812.3498
  8. Brasselet E, Izdebskaya Ya, Shvedov V, Desyatnikov A., Krolikowsky W and Kivshar Yu, 2009. Dynamics of optical spin-orbit coupling in uniaxial crystals. Opt. Lett. 34: 1021–1023. doi:10.1364/OL.34.001021 PMid:19340206
  9. Volyar A and Fadeyeva T, 2006. Laguerre-Gaussian beams with complex and real arguments in uniaxial crystals. Opt. Spectr. 101: 297–304. doi:10.1134/S0030400X06090190
  10. Volyar A, Rubass A, Shvedov V, Fadeyeva T and Kotlyarov K, 2007. Optical vortices and Airy’ spiral in chiral crystals. Ukr. J. Phys. Opt. 8: 166–181. doi:10.3116/16091833/8/3/166/2007
  11. Flossmann F, Schwarz U T, Maier M and Dennis M R, 2005. Polarization singularities from unfolding an optical vortex through a birefringent crystal. Phys. Rev. Lett. 95: 253901–4. doi:10.1103/PhysRevLett.95.253901 PMid:16384461
  12. Flossmann F, Schwarz U T, Maier M and Dennis M R, 2006. Stokes parameters in the unfolding of an optical vortex through a birefringent crystal. Opt. Expr. 14: 11402–11411. doi:10.1364/OE.14.011402
  13. Fadeyeva T, Egorov Yu, Rubass A, Swartzlander G A, Jr and Volyar A, 2007. Indistinguishability limit for off-axis vortex beams in uniaxial crystals. Opt. Lett. 32: 3116–3118. doi:10.1364/OL.32.003116 PMid:17975615
  14. Ciattoni A, Cincotti G and Palma C, 2003. Angular momentum dynamics of a paraxial beam in uniaxial crystal. Phys. Rev. E. 67: 036618-1–10. doi:10.1103/PhysRevE.67.036618
  15. Azzam R M A and Bashara N M. Ellipsometry and polarized light (North-Holland, 1977).
  16. Born M and Wolf E. Principles of optics. New York: Cambridge University Press (1999).
  17. Chin S Y and Felson L B, 1974. Gaussian beam in anisotropic media. Appl. Phys. 5: 225–239.
  18. Cincotti G, Ciattoni A and Palma C, 2002. Laguerre-Gauss and Bessel-Gauss beams in uniaxial crystals. J. Opt. Soc Am. A. 19: 1680–1688. doi:10.1364/JOSAA.19.001680
  19. Bliokh K Yu and Bliokh Yu P, 2007. Polarization, transverse shifts, and angular momentum conservation laws in partial reflection and refraction of an electromagnetic wave packet. Phys. Rev. E. 75: 066609-1–10. doi:10.1103/PhysRevE.75.066609
  20. Allen L, Barnet S M and Padgett M J. Optical Angular Momentum Bristol: IOP Publishing (2003)..
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics