Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Arrays of optical vortices formed by ‘fork’ holograms

Bekshaev A. Ya., Bekshaev A. S. and Mohammed K. A.

Download this article

Abstract. Singular light beams with optical vortices (OVs) are often generated by means of thin binary gratings with groove bifurcation (‘fork’ holograms), which produce a set of diffracted beams with different OV charges. Though a single separate beam is usually employed and studied, here we consider a whole set of diffracted OV beams which, under certain conditions, are involved in efficient mutual interference to form a characteristic pattern where the ring-like structure of separate OV beams is replaced by a series of bright and dark lines between the adjacent diffraction orders. This pattern, which is well developed for high diffraction orders, reflects the main spatial properties of the diffracted beams as well as those of a ‘fork’ grating used for their generation. In particular, this confirms a theoretical model for the diffracted beams, a so-called Kummer beam model, and enables one to determine the sign and the absolute value of the phase singularity embedded in the hologram.

Keywords: optical vortex generation, ‘fork’ hologram, Kummer beam, interference

PACS: 42.25.Fx, 42.25.Hz, 42.40.Eq, 42.40.Jv, 42.50.Tx, 42.90.+m 
UDC: 537.871.1+535.4+778.38
Ukr. J. Phys. Opt. 15 123-131
doi: 10.3116/16091833/15/3/123/2014
Received: 16.06.2014

Анотація.  Сингулярні оптичні пучки, що переносять оптичні вихори, здебільшого генерують за допомогою тонких бінарних ґраток з біфуркацією штрихів 
(“вилкоподібні” голограми), які продукують набір дифрагованих пучків з вихорами різних зарядів. Зазвичай використовують і досліджують лише один окремо взятий пучок. У цій роботі розглянуто весь набір дифрагованих вихрових пучків, які за певних умов взаємно інтерферують і формують характерні смуги, для яких кільцева структура окремих вихрових пучків заміняється серією яскравих і темних ліній між сусідніми дифракційними порядками. Ці смуги, добре розвинуті для високих дифракційних порядків, виявляють основні просторові властивості дифрагованих пучків і вилкоподібної гратки, використаної для їхньої генерації. Зокрема, це підтверджує теоретичну модель дифрагованих пучків (модель пучків Куммера) і дає змогу визначити знак і абсолютну величину фазової сингулярності, вбудованої в голограму.
REFERENCES
  1. Allen L, Padgett M J and Babiker M, 1999. Orbital angular momentum of light. Prog. Opt. 39: 291–372. doi:10.1016/S0079-6638(08)70391-3
  2. Berry M, 1998. Paraxial beams of spinning light. Proc. SPIE. 3487: 6–11. doi:10.1117/12.317704
  3. Soskin M S and Vasnetsov M V, 2001. Singular optics. Prog. Opt. 42: 219–276. doi:10.1016/S0079-6638(01)80018-4
  4. Allen L, Barnett S M and Padgett M J. Optical angular momentum. Bristol: Institute of Physics Publishing (2003). doi:10.1887/0750309016
  5. Bekshaev A Ya, Soskin M S and Vasnetsov M V. Paraxial light beams with angular momentum. N. Y.: Nova Science Publishers (2008).
  6. Bazhenov V Yu, Vasnetsov M V and Soskin M S, 1990. Laser beams with screw dislocations in their wavefronts. JETP Lett. 52: 429–431.
  7. Heckenberg N R, McDuff R, Smith C P, Rubinstein-Dunlop H and Wegener M J, 1992. Laser beams with phase singularities. Opt. Quant. Electron. 24: S951–S962. doi:10.1007/BF01588597
  8. Basistiy I V, Soskin M S and Vasnetsov M V, 1995. Optical wavefront dislocations and their properties. Opt. Commun. 119: 604–612. doi:10.1016/0030-4018(95)00267-C
  9. Rozas D, Law C T and Swartzlander G A, Jr, 1997. Propagation dynamics of optical vortices. J. Opt. Soc. Amer. B. 14: 3054–3065. doi:10.1364/JOSAB.14.003054
  10. Sacks Z S, Rozas D and Swartzlander G A, Jr, 1998. Holographic formation of optical-vortex filaments. J. Opt. Soc. Amer. B. 15: 2226–2234. doi:10.1364/JOSAB.15.002226
  11. Bekshaev A Ya and Karamoch A I, 2008. Spatial characteristics of vortex light beams produced by diffraction gratings with embedded phase singularity. Opt. Commun. 281: 1366–1374. doi:10.1016/j.optcom.2007.11.032
  12. Sviridova S V and Bekshaev A Ya, 2011. Transformation of the optical vortex light beams in holographic elements with embedded phase singularities. Proc. SPIE. 8338: 83380A. doi:10.1117/12.918319
  13. Karimi E, Zito G, Piccirillo B, Marrucci L and Santamato E, 2007. Hypergeometric-Gaussian modes. Opt. Lett. 32: 3053–3055. doi:10.1364/OL.32.003053
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics