Ukrainian Journal of Physical Optics
2024 Volume 25, Issue 3
DEMULTIPLEXING OF OPTICAL BEAM WITH USING OF RAMAN-NATH ACOUSTO-OPTIC DIFFRACTION AND SINGULAR ACOUSTIC BEAM
1I. Skab, 1M. Kostyrko, 3B. Sulanov, 1,2O. Krupych and 1R. Vlokh
1Vlokh Institute of Physical Optics, 23 Dragomanov Str., 79005, Lviv, Ukraine, vlokh@ifo.lviv.ua 2Department of optoelectronics and information technologies of the Ivan Franko National University of Lviv, Generala Tarnavskogo Str. 107, Lviv, 79017, Ukraine 3Vacoms LLC, 1201 North Market Str., Suite 111, Wilmington, DE 19801
Ukr. J. Phys. Opt.
Vol. 25
,
Issue 3 , pp. 03061 - 03067 (2024).
doi:10.3116/16091833/Ukr.J.Phys.Opt.2024.03061
ABSTRACT
Keywords:
demultiplexing, orbital angular momentum, optical vortex, acoustic vortex, Raman-Nath diffraction
UDC:
535.4+534.2
- Ren, Y., Wang, Z., Liao, P., Li, L., Xie, G., Huang, H., Zhao, Z., Yan, Y., Ahmed, N. & Willner, A. E. (2016). Experimental characterization of a 400 Gbit/s orbital angular momentum multiplexed free-space optical link over 120 m. Optics Letters, 41(3), 622-625. doi:10.1364/OL.41.000622
- Wang, J., Yang, J. Y., Fazal, I. M., Ahmed, N., Yan, Y., Huang, H., . Ren, Y., Yue, Y., Dolinar, S., Tur, M. & Willner, A. E. (2012). Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing. Nature Photonics, 6(7), 488-496. doi:10.1038/nphoton.2012.138
- Jørgensen, A. A., Kong, D., Henriksen, M. R., Klejs, F., Ye, Z., Helgason, Ò. B., H. E. Hansen, Hu, H., Yankov, M., Forchhammer, S., Andrekson, P., Larsson, A., Karlsson, M., Schröder, J., Sasaki, Y., Aikawa, K., Thomsen, J. W., Morioka, T., Galili, M., Torres-Company V. & Oxenløwe, L. K. (2022). Petabit-per-second data transmission using a chip-scale microcomb ring resonator source. Nature Photonics, 16(11), 798-802. doi:10.1038/s41566-022-01082-z
- Corcoran, B., Tan, M., Xu, X., Boes, A., Wu, J., Nguyen, T. G., Chu, S.T., Little, B.T., Morandotti, R., Mitchell A. & Moss, D. J. (2020). Ultra-dense optical data transmission over standard fibre with a single chip source. Nature Communications, 11(1), 2568. doi:10.1038/s41467-020-16265-x
- Tamburini, F., Thidé, B., & Della Valle, M. (2020). Measurement of the spin of the M87 black hole from its observed twisted light. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, 492(1), L22-L27. doi:10.1093/mnrasl/slz176
- Krenn, M., Handsteiner, J., Fink, M., Fickler, R., Ursin, R., Malik, M., & Zeilinger, A. (2016). Twisted light transmission over 143 km. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(48), 13648-13653. doi:10.1073/pnas.1612023113
- Huang, H., Milione, G., Lavery, M. P., Xie, G., Ren, Y., Cao, Y., Ahmed, N., Nguyen, T. A., Nolan, D.A., Li, M.-J., Tur, M., Alfano R.R. & Willner, A. E. (2015). Mode division multiplexing using an orbital angular momentum mode sorter and MIMO-DSP over a graded-index few-mode optical fibre. Scientific Reports, 5(1), 14931. doi:10.1038/srep14931
- Ma, Q., & Zhao, H. (2021). Capacity of a Radio Vortex Communication System Using a Partial Angular Aperture Receiving Scheme under the Horizontal Non-Kolmogorov Model. Sensors, 21(5), 1778. doi:10.3390/s21051778
- Shi, C., Dubois, M., Wang, Y., & Zhang, X. (2017). High-speed acoustic communication by multiplexing orbital angular momentum. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(28), 7250-7253. doi:10.1073/pnas.1704450114
- Soskin, M. S., & Vasnetsov, M. V. (2001). Singular optics. Progress in Optics, 42(4), 219-276. doi:10.1016/S0079-6638(01)80018-4
- Abramochkin, E., & Volostnikov, V. (1991). Beam transformations and nontransformed beams. Optics Communications, 83(1-2), 123-135. doi:10.1016/0030-4018(91)90534-K
- Heckenberg, N. R., McDuff, R., Smith, C. P., & White, A. G. (1992). Generation of optical phase singularities by computer-generated holograms. Optics Letters, 17(3), 221-223. doi:10.1364/OL.17.000221
- Marrucci, L., Manzo, C., & Paparo, D. (2006). Optical spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media. Physical Review Letters, 96(16), 163905.A. Desyatnikov, T.A. doi:10.1103/PhysRevLett.96.163905
- Fadeyeva, T. A., Shvedov, V. G., Izdebskaya, Y. V., Volyar, A. V., Brasselet, E., Neshev, D. N., Desyatnikov, A.S, Krolikowski, W. & Kivshar, Y. S. (2010). Spatially engineered polarization states and optical vortices in uniaxial crystals. Optics Express, 18(10), 10848-10863. doi:10.1364/OE.18.010848
- Yu, V., Kryvyy, T., Skab, I., & Vlokh, R. (2019, September). Control of Optical Vortices via Parametric Optical Effects. In 2019 IEEE 8th International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL) (pp. 15-17). IEEE. doi:10.1109/CAOL46282.2019.9019556
- Delaney, S., Sánchez-López, M. M., Moreno, I., & Davis, J. A. (2017). Arithmetic with q-plates. Applied Optics, 56(3), 596-600. doi:10.1364/AO.56.000596
- Devlin, R. C., Ambrosio, A., Rubin, N. A., Mueller, J. B., & Capasso, F. (2017). Arbitrary spin-to-orbital angular momentum conversion of light. Science, 358(6365), 896-901. doi:10.1126/science.aao5392
- Arbabi, A., Horie, Y., Bagheri, M., & Faraon, A. (2015). Dielectric metasurfaces for complete control of phase and polarization with subwavelength spatial resolution and high transmission. Nature Nanotechnology, 10(11), 937-943. doi:10.1038/nnano.2015.186
- Huang, Y. W., Rubin, N. A., Ambrosio, A., Shi, Z., Devlin, R. C., Qiu, C. W., & Capasso, F. (2019). Versatile total angular momentum generation using cascaded J-plates. Optics Express, 27(5), 7469-7484. doi:10.1364/OE.27.007469
- Zhang, W., Li, Y., Sun, T., Shao, W., Zhu, F., & Wang, Y. (2016). Demodulation for multi vortex beams based on composite diffraction hologram. Optics Communications, 381, 377-383. doi:10.1016/j.optcom.2016.07.029
- Yang, C. H., Chen, Y. D., Wu, S. T., & Fuh, A. Y. G. (2016). Independent manipulation of topological charges and polarization patterns of optical vortices. Scientific Reports, 6(1), 31546. doi:10.1038/srep31546
- Qiao, Z., Wan, Z., Xie, G., Wang, J., Qian, L., & Fan, D. (2020). Multi-vortex laser enabling spatial and temporal encoding. PhotoniX, 1, 1-14. doi:10.1186/s43074-020-00013-x
- Zhu, L., & Wang, J. (2019). A review of multiple optical vortices generation: methods and applications. Frontiers of Optoelectronics, 12, 52-68. doi:10.1007/s12200-019-0910-9
- Kostyrko, M., Krupych, O., Vasylkiv, Y., Skab, I., & Vlokh, R. (2021). Topological defects related to linear dichroism. Generation of vector-vortex beams. Optik, 230, 166335. doi:10.1016/j.ijleo.2021.166335
- Du, J., & Wang, J. (2018). Dielectric metasurfaces enabling twisted light generation/detection/(de) multiplexing for data information transfer. Optics Express, 26(10), 13183-13194. doi:10.1364/OE.26.013183
- Kostyrko, M., Skab, I., & Vlokh, R. (2021). Angular-momentum exchange among acoustic and optical waves at the collinear acousto-optic diffraction. Journal of Optics, 23(6), 064003. doi:10.1088/2040-8986/abfa72
- Dashti, P.Z., Alhassen, F., and Lee, H.P. (2006). Observation of orbital angular momentum transfer between acoustic and optical vortices in optical fiber. Physal Review Letters, 96, 043604. doi:10.1103/PhysRevLett.96.043604
- Kostyrko, M., Vasylkiv, Y., Skab, I., & Vlokh, R. (2021). Collinear acousto-optic interaction of optical and acoustic vector beams. Summation of the polarization orders of topological defects. Optik, 244, 167552. doi:10.1016/j.ijleo.2021.167552
- Martynyuk-Lototska, I., Vasylkiv, Y., Dudok, T., Skab, I., & Vlokh, R. (2018). Acoustooptic operation of optical vortex beams. Optik, 155, 179-184. doi:10.1016/j.ijleo.2017.11.015
- Dixon, R. W. (1967). Photoelastic properties of selected materials and their relevance for applications to acoustic light modulators and scanners. Journal of Applied Physics, 38(13), 5149-5153. doi:10.1063/1.1709293
- Fukumoto, A., & Watanabe, A. (1970). Liquid materials and their figures of merit as acoustooptical deflector. Japanese Journal of Applied Physics, 9(6), 662. doi:10.1143/JJAP.9.662
- Martynyuk-Lototska, I., Kostyrko, M., Adamenko, D., Skab, I., & Vlokh, R. (2023). Generation of acoustic vortices and acousto-optic interactions with acoustic vortex beams. Applied Optics, 62(14), 3643-3648. doi:10.1364/AO.483637
- Watson, G. N. (1922). A treatise on the theory of Bessel functions. The University Press.
-
Показано, що акустооптична дифракція Рамана-Ната на акустичній хвилі, яка переносить акустичний вихор, супроводжується появою дифракційних порядків, які переносять оптичні вихори. Заряд вихорів, що виникають в результаті дифракції, відповідає порядку дифракції, якщо падаючий оптичний промінь є гауссівським, а заряд акустичного вихору дорівнює одиниці. Коли в цьому процесі приймає участь падаючий оптичний вихровий пучок, заряд дифрагованих оптичних вихорів зміщується на значення заряду падаючого оптичного променя. У результаті аналізу отримано співвідношення для заряду вихорів дифракційних максимумів. Встановлено, що описаний ефект можна використовувати для керованого демультиплексування.
Ключові слова: демультиплексування, орбітальний кутовий момент, оптичний вихор, акустичний вихор, дифракція Рамана-Ната
© Ukrainian Journal of Physical Optics ©