Поляризационная оптика: история и перспективы

1. Поляризационная оптика: история и перспективы Наталия Д. Кундикова Вузовско-академическая лаборатория нелинейной оптики Института электрофизики УрО РАН и Южно-Уральского государственного университетаЧелябинск

2. Вузовско-академическая лаборатория нелинейной оптики Института электрофизики УрО РАН и Южно-Уральского государственного университета

3. Южно-Уральский государственного университетЧелябинск

4. Спин-орбитальное взаимодействие фотона Часть 2

5. Спин-орбитальное взаимодействие электрона Эффект Зеемана Спин-орбитальное взаимодействие фотона ?

6. Классическая оптика: Поляризация света Пространственное распределение Квантовая оптика: Спин фотона (спиновый момент) Орбитальный момент фотона

7. Спин фотона (спиновый момент)

8. Представление поляризованного света Эллиптичность и угол эллиптичности Сфера Пуанкаре

9. Представление поляризованного света Доля фотонов со спином Доля фотонов со спином Эллиптичность и угол эллиптичности Линейная поляризация Циркулярная поляризация

10. Передача спинового момента среде Richard A. Beth, Phys. Rev., 1936

11. Передача спинового момента среде Richard A. Beth, Phys. Rev., 1936

12. Орбитальный момент фотона

13. Траектория луча Оптически неоднородная среда

14. Траектория луча Оптически неоднородная среда Импульс фотона - Момент импульс фотона

15. Момент импульса фотона L.Allen, M.W.Beijersbergen, R.J.C.Spreeuw, J.P.Woerdman, Phys.Rev.A, 1992

16. Момент импульса фотона Пучок Лагерра-Гаусса в свободном пространстве L.Allen, M.W.Beijersbergen, R.J.C.Spreeuw, J.P.Woerdman, Phys.Rev.A, 1992

17. Момент импульса фотона L.Allen, M.W.Beijersbergen, R.J.C.Spreeuw, J.P.Woerdman, Phys.Rev.A, 1992

18. Момент импульса фотона Плоский волновой фронт Спиральный волновой фронт http://www.physics.gla.ac.uk/

19. Интерференционная картина сферической волны и Бесселева пучка с разным знаком спиральности

20. Передача орбитального момента среде

21. Передача спинового момента среде Richard A. Beth, Phys. Rev., 1936

22. Передача орбитального момента среде L.Allen, M.W.Beijersbergen, R.J.C.Spreeuw, J.P.Woerdman, Phys.Rev.A, 1992

23. Манипуляция микрообъетами A.Ashkin, J.M.Dziedzic, J.E.Bjorkholm, Steven Chu, Optics Letters, 1986

24. Манипуляция микрообъетами Пучок Лагерра-Гаусса S. M. Barnett and L. Allen, Opt. Commun., 1994 N. B. Simpson, K. Dholakia, L. Allen, M. J. Padgett, Opt.Lett, 1997

25. Манипуляция микрообъетами T. O'Neil, I. MacVicar, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 2002

26. Манипуляция микрообъетами

27. Орбитальный момент могут иметь не только спиральные пучки! • Berry, M V, 1998 ‘Paraxial beams of spinning light', In Singular optics, 487(Ed, Soskin, M S) Frunzenskoe, Crimea, SPIE, 3487, pp 6-11

28. Момент импульса фотона Berry, M V, 1998 ‘Paraxial beams of spinning light', In Singular optics, 487(Ed, Soskin, M S) Frunzenskoe, Crimea, SPIE, 3487, pp 6-11.

29. Проявление спин-орбитального взаимодействия фотона в оптически неоднородной среде

30. Классическая оптика: Взаимовлияние поляризации света и процесса его распространения Квантовая оптика: Спин-орбитальное взаимодействие фотона

31. Распространение света • Однородная среда (свободное пространство) • Оптически неоднородная среда с локально изотропной диэлектрической проницаемостью

32. Непланарные лучи: поворот плоскости поляризации • Рытов - 1938, Владимирский - 1941 • если начальное и конечное направление распространения луча совпадают, то угол поворота равен численно телесному углу W, вырезаемому касательной к траектории в пространстве касательных

33. Непланарные лучи: поворот плоскости поляризации • Чао и Ву - 1986 • тот же результат, но на основе квантовомеханической адиабатической теоремы Берри: (фазы Берри) Берри - 1984

34. Непланарные лучи: поворот плоскости поляризации • Томита и Чао -1986 • первое экспериментальное наблюдение Рытовского поворота в одномодовом волокне, скрученном в спираль

35. Продольный и поперечный сдвиги светового луча при полном внутреннем отражении • Гус и Ханхен - 1947 • Величина сдвига различна для s - и p - поляризации • Федоров, Кристоффель - 1955, Имбер -1978 • Сдвиг имеет разные направления для лево и право циркулярной поляризации света

36. Имбер - 1978Сдвиг имеет разные направления для лево и право циркулярной поляризации света

37. Оптический эффект Холла Поперечный сдвиг циркулярно поляризованного луча при отражении и преломлении Свет падает из менее плотной оптической среды – поперечные сдвиги отраженного и преломленного луча имеют разные знаки Сохранение полного момента импульса фотона Masaru Onoda, Shuichi Murakami, Naoto Nagaosa, Phys. Rev. Lett,2004

38. Упомянутые оптические эффекты рассматривались независимо • Б.Я.Зельдович, В.С.Либерман -1990 • Поворот плоскости меридионального луча в градиентном световоде за счет циркулярности поляризации • следствие взаимовлияния поляризации света и его траектории

39. Оптический эффект Магнуса • А.В.Дугин, Б.Я.Зельдович, Н.Д.Кундикова, В.С.Либерман 1991 • влияние циркулярности поляризации на распространения света в оптическом волокнесо ступенчатым профилем показателя преломления • экспериментальное обнаружение оптического эффекта Магнуса • интерпретация эффекта как результатспин-орбитального взаимодействия фотона

40. Оптический эффект Магнуса Поляризационная система Лазер Волокно Фрагмент спекл картины, наблюдаемой на экране, для лево и право циркулярной поляризации света

41. s = -1 s = +1 Оптический эффект Магнуса

42. Б.Я.Зельдович, В.С.Либерман - 1992 Эффекты, связанные с влиянием траектории лучей на их поляризацию, и эффекты, связанные с влиянием поляризации лучей на их траекторию, могут быть описаны в рамках одного Гамильтониана H • Рытовский поворот • Оптический эффект Магнуса

43. Уравнения траектории луча и поляризации Уравнение Рытова

44. ? Поляризационная система Лазер Волокно Пространственное разделение линейно поляризованного света на циркулярно-поляризованные составляющие

45. Обращение волнового фронта Распространение света через оптическое волокно Обращение волнового фронта – обратить распространение света через оптическое волокно

46. Обращение волнового фронта Обращающее зеркало?

47. Пространственное разделение эллиптически поляризованного света на две волны с ортогональными циркулярными поляризациями

48. Схема экспериментальной установки

49. A B интенсивность IL IR Пикселы Пространственное разделение эллиптически поляризованного света на две волны с ортогональными циркулярными поляризациями Результаты эксперимента Корреляция между измеренной эллиптичностью и ее заданной величиной

50. Можно ли наблюдать в одинаковых экспериментальных условиях влияние траектории на поляризацию и поляризации на траекторию? • Сагиттальные (косые) лучи в оптическом прямолинейном волокне