Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Rotating full Poincaré beams

Krasnoshchekov Ye. A., Yaparov V. V. and Taranenko V. B.

International Center “Institute of Applied Optics”, National Academy of Sciences of Ukraine, 10-G Kudryavska Street, 04053 Kyiv, Ukraine

Download this article

Abstract. We demonstrate numerically the existence and dynamical properties of rotating full Poincaré beams. They are generated either spontaneously or by injection of an optical field into the isotropic laser containing no selective elements except for a circular diaphragm that controls the Fresnel number of laser cavity. For moderate Fresnel numbers, five different kinds of full Poincaré laser modes are available. Each of these modes has an axially symmetric total intensity profile and a distinct polarization pattern that rotates around the beam axis with a constant velocity.

Keywords: full Poincaré beams, vector laser dynamics, polarization multistability

PACS: 47.54.-r, 42.60.Jf, 42.25.Ja
UDC: 621.373.826+535.41
Ukr. J. Phys. Opt. 18 1-8
doi: 10.3116/16091833/18/1/1/2017
Received: 09.11.2016

Анотація. На основі чисельних розрахунків продемонстровано можливість появи повних променів Пуанкаре. Вони генеруються спонтанно або завдяки введенню оптичного поля в ізотропний лазер, який не містить селективних елементів, окрім циркулярної діафрагми, що контролює число Френеля резонатора. Розраховано динамічні властивості цих променів. Для помірних чисел Френеля виявлено п’ять різних типів повних лазерних мод Пуанкаре. Кожна з них має аксіально- симетричний профіль і особливий розподіл поляризації, який повертається навколо осі променя з постійною швидкістю.
REFERENCES
  1. Zhan Q, 2009. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications. Adv. Opt. Photon. 1: 1–57. doi:10.1364/AOP.1.000001
  2. Beckley A, Brown T and Alonso M, 2010. Full Poincaré beams. Opt. Express. 18: 10777–10785. doi:10.1364/OE.18.010777
  3. Wang L-G, 2012. Optical forces on submicron particles induced by full Poincaré beams. Opt. Express. 20: 20814–20826. doi:10.1364/OE.20.020814
  4. Milione G, Sztul H, Nolan D and Alfano R, 2011. Higher-order Poincare´ sphere, Stokes pa-rameters, and the angular momentum of light. Phys. Rev. Lett. 107: 053601/1–4. doi:10.1103/PhysRevLett.107.053601
  5. Naidoo D, Roux F, Dudley A, Litvin I, Piccirillo B, Marrucci L and Forbes A, 2016. Controlled generation of higher-order Poincaré sphere beams from a laser. Nature Photon. 10: 327–332. doi:10.1038/nphoton.2016.37
  6. Galvez E, Khadka S, Schubert W and Nomoto S, 2012. Poincaré-beam patterns produced by nonseparable superpositions of Laguerre–Gauss and polarization modes of light. Appl. Opt. 51: 2925–2934. doi:10.1364/AO.51.002925
  7. Rosanov N, Fedorov S and Shatsev A, 2006. Motion of clusters of weakly coupled two-dimensional cavity solitons. JETP. 102: 547–555. doi:10.1134/S1063776106040030
  8. Khanin Ya. Principles of laser dynamics. Amsterdam, North-Holland/Elsevier (1995).
  9. Zolotoverkh L and Lariontsev E, 2004. Bistability and chaos in an autonomous Nd: YAG laser with a weakly anisotropic resonator. Quant. Electron. 34: 727–730. doi:10.1070/QE2004v034n08ABEH002841
  10. Gil L, 1993. Vector order parameter for an unpolarized laser and its vectorial topological de-fects. Phys. Rev. Lett. 70: 162–165. doi:10.1103/PhysRevLett.70.162
  11. Nye J. Natural focusing and fine structure of light: Caustics and wave dislocations. Bristol: IOP Publishing (1999).
  12. Vaupel M and Weiss C, 1995. Circling optical vortices. Phys. Rev. A. 51: 4078–4085. doi:10.1103/PhysRevA.51.4078
  13. Weiss C, Vaupel M, Staliunas K, Slekys G and Taranenko V, 1999. Vortices and solitons in lasers. Appl. Phys. B. 68: 151–168. doi:10.1007/s003400050601
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics