Ukrainian Journal of Physical Optics

Hidden chains of optical vortices generated using a corner of phase wedge

Fadeyeva Tatyana A.

Abstract. In the framework of paraxial approximation we consider evolution of a monochromatic Gaussian beam diffracted by a corner formed by three verges of the phase wedges of different types and the p-phase plate. We have found that the edges of the phase wedge generate macroscopic chains of identical optical vortices that disappear at the far field zone. At the same time, the p-phase plate can repro-duce a very complex wave field whose structure depends on the scale of observa-tion. At large scales there appear two p-cuts resembling broken edge dislocations with perpendicular directions. At small (some microns) scales two short vortex chains consisting of alternating-sign optical vortices are nucleated near the corner of the wedge. The analysis shows that the sizes of the chains decrease quickly when approaching the wedge surface. This enables us to assume that the p-phase plate can create so-called optical quarks in the evanescent waves of the edge field.

Keywords: phase wedge, optical vortex, optical quark

PACS: 42.50.Tx
UDC: 535.1
Ukr. J. Phys. Opt. 14 57-69
doi: 10.3116/16091833/14/2/57/2013
Received: 25.12.2012

Анотація. В рамках параксіального наближення в роботі розглянута еволюція монохроматичного гаусівського променя, дифрагованого на куті, сформованому трьома гранями клинів різного типу і p-фазової пластинки. Виявлено, що краї фазового клина генерують макроскопічний ланцюжок ідентичних оптичних вихорів, які зникають у далекій зоні. Разом з тим, p-фазова пластинка може репродукувати складну структуру хвильового поля, яка залежить від масштабу спостереження. У великих масштабах виникає два p-зрізи, які нагадують зламані крайові дислокації з перпендикулярними напрямками. При малих масштабах (кілька мікрон) два коротких ланцюжки вихорів з протилежними зарядами, які зароджуються біля клину. Як випливає з аналізу, розмір ланцюжків швидко зменшується при прямуванні до поверхні клину. Це дозволяє нам припустити, що p-фазова пластинка може створювати так звані оптичні кварки в еванесцентних хвилях на границі поля.

REFERENCES

Born M and Wolf E, Principles of optics. New York: Pergamon (1975).
Izdebskaya Ya V, Shvedov V G and Volyar A V, 2004. Singular beam diffraction by the edge of a dielectric medium. Ukr. J. Phys. Opt. 5: 96–99. doi:10.3116/16091833/5/3/96/2004
Volyar A V, Fadeeva T A and Shvedov V G, 2002. Optical vortex generation and Jones vector formalism. Opt. Spectrosc. 93: 267–272. doi:10.1134/1.1503758
Izdebskaya Ya, Shvedov V and Volyar A, 2005. Focusing of wedge-generated higher-order optical vortices. Opt. Lett. 30: 2530–2532. doi:10.1364/OL.30.002530 PMid:16208889
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
Beijrabergen M W, Coerwinkel R P C, Kristensen M and Woerdman J P, 1994. Helical-wavefront laser beams produced with a spiral phase plate. Opt. Commun. 112: 321–327. doi:10.1016/0030-4018(94)90638-6
Basisty I, Soskin M and Vasnetsov M, 1995. Optical wavefront dislocations and their proper-ties. Opt. Commun. 119: 604–612. doi:10.1016/0030-4018(95)00267-C
Fadeyeva T, Alexeyev C, Rubass A and Volyar A, 2012. Vector erf-Gaussian beams: frac-tional optical vortices and asymmetric TE and TM modes. Opt. Lett. 37: 1397–1399. doi:10.1364/OL.37.001397 PMid:22555683
Abramowitz M and Stegun IA, Handbook of mathematical functions, 10th ed. Washington: NBS (1972).
Prudnikov A P, Brychkov Yu A and Marichev O I, Integrals and series, Vol. 1: Elementary functions. New York: Gordon and Breach (1986).
Kim G-H, Jeon J-H, Ko K-H, Moon H-J, Lee J-H and Chang J-S, 1997. Optical vortices pro-duced with nonspiral phase plate. Appl. Opt. 35: 8614–8621. doi:10.1364/AO.36.008614
Volyar A V, 2013. Do optical quarks exist in the free space? A scalar treatment. Ukr. J. Phys. Opt. 14: 31–43.

(c) Ukrainian Journal of Physical Optics