Home
page
Other articles
in this issue |
Do optical quarks
exist in the free space? A scalar treatment
Volyar Alexander V.
Download this
article
Abstract. We have considered a new type of singular beams called
as optical quarks. They have fractional topological charges being equal
to half an integer and they possess rather unique properties. There are
four types of optical quarks, even and odd ones, which reveal the opposite
signs of topological charges. The sums or differences of the even and odd
quarks form standard vortex or non-vortex beams with the topological charges
of integer order. All the quarks in the same beam anni-hilate and the beam
vanishes. The analysis of angular spectra of the optical quarks shows that
the latter represent structurally unstable forms of field under condition
of free-space propagation. We have analysed their propagation properties
for different types of beam envelope, including a symmetric beam array
with discrete optical quarks. We have discussed the properties of possible
structurally stable forms of the quarks and the media capable of maintaining
the optical quarks.
Keywords: optical quarks, fractional topological
charge, erf-G beams
PACS: 42.50.Tx
UDC: 535.1
Ukr. J. Phys. Opt.
14 31-43
doi: 10.3116/16091833/14/1/31/2013
Received: 13.12.2012
Анотація. Ми розглянули новий
тип сингулярних пучків, названий оптичними
кварками. Вони мають дробовий топологічний
заряд, рівний половині цілого числа і володіють
унікальними властивостями. Існує чотири
типи оптичних кварків, парні і непарні,
які мають протилежний знак топологічного
заряду. Сума або різниця парних і непарних
кварків фор-мує стандартні вихрові або
невихрові пучки з цілим топологічним зарядом.
Всі кварки у одному і тому ж промені анігілюють.
Аналіз кутових спектрів оптичних кварків
засвідчує, що кварки являють собою структурно
нестабільну форму поля при поширенні у
вільному просторі. Ми проаналізували їх
властивості при поширенні різних типів
пакетів, включаю-чи симетричний масив променів
з дискретними оптичними кварками. В роботі
обговорю-ються властивості структурно
стабільних форм кварків і середовища здатні
підтриму-вати оптичні кварки. |
|
REFERENCES
-
Basisty I, Soskin M and Vasnetsov M, 1995. Optical wavefront dislocations
and their properties. Opt. Com-mun. 119: 604–612. doi:10.1016/0030-4018(95)00267-C
-
Basisty I, Pas'ko V, Slyusar V, Soskin M and Vasnetsov M, 2004. Synthesis
and analysis of optical vortices with fractional topological charges. J.
Opt. A: Pure Appl. Opt. 6: S166–S169. doi:10.1088/1464-4258/6/5/003
-
Berry M V, 2004. Optical vortices evolving from helicoidal integer and
fractional phase steps. J. Opt. A. 6: 259–269. doi:10.1088/1464-4258/6/2/018
-
Leach J, Yao E and Padgett M J, 2004. Observation of the vortex structure
of a non-integer vortex beam. New J. Phys. 6: 71. doi:10.1088/1367-2630/6/1/071
-
Garcia J Gutierrez-Vega, 2009. Diffraction of plane waves by finite-radius
spiral phase plates of integer and fractional topological charge. J. Opt.
Soc. Amer. A. 26: 794–803. doi:10.1364/JOSAA.26.000794
-
Gutiérrez-Vega J C and López-Mariscal C, 2008. Nondiffracting vortex
beams with continuous orbital angular momentum order dependence. J. Opt.
A: Pure Appl. Opt. 10: 015009. doi:10.1088/1464-4258/10/01/015009
-
Mitri F G, 2011. Vector wave analysis of an electromagnetic high-order
Bessel vortex beam of fractional type α. Opt. Lett. 36: 606–608. doi:10.1364/OL.36.000606
PMid:21368922
-
Guti’errez-Vega J C, 2007. Fractionalization of optical beams: I. Planar
analysis. Opt. Lett. 32: 1521–1523. doi:10.1364/OL.32.001521
-
Guti’errez-Vega J C, 2007. Fractionalization of optical beams: II. Elegant
Laguerre–Gaussian modes. Opt. Ex-press. 15: 6300–5313. doi:10.1364/OE.15.006300
-
Oemrawsingh S S R, Ma X, Voigt D, Aiello A, Eliel E R, G W 't Hooft and
Woerdman J P, 2005. Experimen-tal demonstration of fractional orbital angular
momentum entanglement of two photons. Phys. Rev. Lett. 95: 240501. doi:10.1103/PhysRevLett.95.240501
PMid:16384361
-
Gotte J, Franke-Arnold S, Zambrini R and Barnett S M, 2007. Quantum formulation
of fractional orbital angu-lar momentum. J. Mod. Opt. 54: 1723–1738.
doi:10.1080/09500340601156827
-
Fadeyeva T, Alexeyev C, Rubass A and Volyar A, 2012. Vector erf-Gaussian
beams: fractional optical vortices and asymmetric TE and TM modes. Opt.
Lett. 37: 1397–1399. doi:10.1364/OL.37.001397
PMid:22555683
-
Nugrowati A M, Stam W G and Woerdman J P, 2012. Position measurement of
non-integer OAM beams with structurally invariant propagation. Opt. Express.
20: 27429–27440. doi:10.1364/OE.20.027429
PMid:23262693
-
Berry M V, Chambers R G, Large M D, Upstill C and Walmsley J C, 1980. Wavefront
dislocations in the Aharonov–Bohm effect and its water wave analogue.
Eur. J. Phys. 1: 154–162. doi:10.1088/0143-0807/1/3/008
-
Wong S S M. Introductory nuclear physics, 2nd edition, Morlenbach: Wiley
Interscience Publication, (1998). 16. Alexeyev C N, Volyar A V and Yavorsky
M A, 2009. Linear azimuthons in circular fiber arrays and optical angular
momentum of discrete optical vortices. Phys. Rev. A. 80: 063821. doi:10.1103/PhysRevA.80.063821
-
Alexeyev C N, Volyar A V and Yavorsky M A, 2009. Linear azimuthons in circular
fiber arrays and optical angular momentum of discrete optical vortices.
Phys. Rev. A. 80: 063821. doi:10.1103/PhysRevA.80.063821
-
Izdebskaya Ya, Shvedov V and Volyar A, 2008. Symmetric array of off-axis
singular beams: spiral beams and their critical points. J. Opt. Soc. Amer.
A. 25: 171–181. doi:10.1364/JOSAA.25.000171
PMid:18157224
-
Izdebskaya Ya, Fadeyeva T, Shvedov V and Volyar A, 2006. Vortex-bearing
array of singular beams with very high orbital angular momentum. Opt. Lett.
31: 2523– 2525. doi:10.1364/OL.31.002523
PMid:16902606
-
Volyar A, Shvedov V, Izdebskaya Ya, Fadeyeva T and Rubass A, 2006. Structure
and orbital angular momentum of singular array of Gaussian beams. Ukr.
J. Phys. Opt. 7: 79–88. doi:10.3116/16091833/7/3/79/2006
(c) Ukrainian Journal
of Physical Optics |