Васнєцов М. В. Оптичні пучки з дислокаціями хвильового фронту

Робота присвячена систематичному дослідженню основних властивостей оптичних пучків з фазовими сингулярностями, або дислокаціями хвильових фронтів. Пояснюється причина виникнення орбітального кутового моменту (ОКМ) у пучка з оптичним вихором. Розглядаються крайові дислокації хвильового фронту на моделі інтерференції двох двовимірних або звичайних гауссових пучків. Показані сценарії колапсу системи з двох поперечних оптичних вихорів та двох ліній фазових сідел, а також розгортання крайової дислокації при зіткненні з лінією фазового сідла. На базі голографічного принципу розроблена методика генерації лабораторних пучків з дислокаціями хвильового фронту у вигляді осьових та позаосьових оптичних вихорів, зокрема у вигляді суперпозиції двох мод Лягерра-Гаусса. Вводиться термін „комбінованих" пучків, як суперпозиції двох або декількох мод Лягерра-Гаусса. Розглядаються траєкторії оптичних вихорів у комбінованих пучках. Демонструється можливість виходу траєкторії вихору за межі пучка та порушення закону збереження сумарного топологічного заряду. Для комбінованих пучків виконаний аналіз розподілу ОКМ у перерізі пучка та одержаний аналітичний вираз, що описує інтерференцію ОКМ пучків. За допомогою лабораторних пучків вперше в оптичному експерименті досліджені анігіляція оптичних вихорів з протилежними знаками топологічних зарядів та обертання пари вихорів з топологічними зарядами одного знаку навколо оптичної осі пучка. Реалізована схема просторового розділення компонент оптичного пучка, що відрізняються за значенням орбітального кутового моменту. Експериментально досліджена генерація фазових дислокацій шляхом утворення світлоіндукованої лінзи в нелінійно-оптичному середовищі. Вперше показано подвоєння топологічного заряду оптичного вихору при генерації другої оптичної гармоніки. Вперше в оптичному діапазоні був виконаний безпосередній експеримент по спостереженню ротаційного ефекту Допплера для пучків з орбітальним кутовим моментом, при зсуві частоти порядку 1 Гц. Реалізовано однопучковий інтерферометр для вимірювання фазового зсуву між компонентами з нульовим та ненульовим ОКМ при обертанні комбінованого пучка. Вперше було отримано спектральне розділення ОКМ-компонент при обертанні пучка.