TẠO XOÁY QUANG BƯỚC SÓNG 532 NM VỚI MẪU VI LINH KIỆN PHA XOÁY CÓ CHIẾT SUẤT BIẾN ĐỔI, CẤU TRÚC NANO
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Công trình này trình bày kết quả nghiên cứu kiểm tra chức năng của vi linh kiện pha xoáy có bề mặt phẳng, chiết suất biến đổi và cấu trúc nano (nVPC) hoạt động tại bước sóng 532 nm. Vi linh kiện nVPC được thiết kế và chế tạo dựa trên phương pháp nano hóa cấu trúc vật liệu. Cấu trúc trung tâm của vi linh kiện nVPC gồm 7651 thanh nano, được làm từ hai loại vật liệu có hệ số nhiệt và cơ tương đồng, tạo thành mạng lục giác với đường chéo kính 20 μm. Đặc tính quang học của vi linh kiện được kiểm tra bằng cả phương pháp lý thuyết và thực nghiệm kiểm chứng. Kết quả thí nghiệm xác nhận sự tạo thành xoáy quang bậc cơ bản với điểm kỳ dị pha đặc trưng và cường độ mặt cắt dạng bánh rán doughnut. Vi linh kiện nVPC có bề mặt phẳng hoàn toàn và chức năng tạo xoáy xuất phát từ sự biến đổi của cấu trúc chiết suất bên trong nó. Nghĩa là chức năng của nVPC không bị ảnh hưởng bởi chiết suất của môi trường xung quanh, điều này đã khiến chúng trở thành ứng viên lý tưởng cho các ứng dụng vi chất lưu.
Từ khóa
Xoáy quang học, vi linh kiện pha xoáy cấu trúc nano, công nghệ nano.
Chi tiết bài viết
Tài liệu tham khảo
[2] L. Allen, M. W. Beijersbergen, R. J. C. Spreeuw, J. P. Woerdman (1992), Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes, Phys. Rev. A. (Coll Park), 45(11) 8185-8189.
[3] A. M. Yao, M. J. Padgett (2011), Orbital angular momentum: Origins, behavior and applications, Adv. Opt. Photonics, 3(2) 161-204.
[4] Y. Yang, Y. X. Ren, C. Rosales-Guzmán (2024), Optical vortices: Fundamentals and applications, Institute of Physics Publishing, 1-240.
[5] Y. Shen, X. Wang, Z. Xie, C. Min, X. Fu, Q. Liu, M. Gong, X. Yuan (2019), Optical vortices 30 years on: OAM manipulation from topological charge to multiple singularities, Light Sci. Appl, 8(1) 1-29.
[6] F. Pang, L. Xiang, H. Liu, L. Zhang, J. Wen, X. Zeng, T. Wang (2021), Review on Fiber-Optic Vortices and Their Sensing Applications, Journal of Lightwave Technology, 39(12) 3740-3750.
[7] V. G. Shvedov, A. V. Rode, Y. V. Izdebskaya, A. S. Desyatnikov, W. Krolikowski, Y. S. Kivshar (2010), Giant optical manipulation, Phys. Rev. Lett., 105(11), 118103.
[8] Brijesh K Singh, Harel Nagar, Yael Roichman, Ady Arie (2017), Particle manipulation beyond the diffraction limit using structured super-oscillating light beams, Light Sci. Appl, 6, e17050.
[9] K. I. Willig, S. O. Rizzoli, V. Westphal, R. Jahn, S. W. Hell (2006), STED microscopy reveals that synaptotagmin remains clustered after synaptic vesicle exocytosis, Nature, 440(7086) 935-939.
[10] L. Yan, P. Kristensen, S. Ramachandran (2018), Vortex fibers for STED microscopy, APL Photonics, 4(2), 022903.
[11] A. Mair, A. Vaziri, G. Weihs, A.Zeilinger (2001), Entanglement of the orbital angular momentum states of photons, Nature, 412, pp.313-316.
[12] I. Nape, B. Sephton, P. Ornelas, C. Moodley, A. Forbes (2023), Quantum structured light in high dimensions, APL Photonics, 8(5), 051101.
[13] K Toyoda, F Takahashi, S Takizawa, Y Tokizane, K Miyamoto, R Morita, T Omatsu (2013), Transfer of light helicity to nanostructures, Physical Review Letters, 110, 143603.
[14] T.Omatsu, K.Miyamoto, K.Toyoda, R.Morita, Y.Arita, K.Dholakia (2019), A new twist for materials science: the formation of chiral structures using the angular momentum of light, Advanced Optical Materials 9(7), 1801672.
[15] N. R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith, A. G. White (1992), Generation of optical phase singularities by computer-generated holograms, Opt. Lett.,17, pp.221-223.
[16] K. S. Malik, N. Kumar, B. R. Boruah (2022), Dynamic modulation of spatial intensity profile of a laser beam using a binary hologram, Opt. Commun., 515, 128201.
[17] Djenan Ganic, Xiaosong Gan, Min Gu, et. al. (2002), Generation of doughnut laser beams by use of a liquid-crystal cell with a conversion efficiency near 100%, Opt. Lett. 27, pp.1351-1353.
[18] M. Li, S. J. Elston, C. He, X. Qiu, A. A. Castrejón-Pita, S. M. Morris (2024), Printed Liquid Crystal Optical Vortex Beam Generators, Adv. Optical Mater 12, 2400450.
[19] G. Campbell, B. Hage, B. Buchler, P. K. Lam (2012), Generation of high-order optical vortices using directly machined spiral phase mirrors, Applied Optics, 51(7) 873-876.
[20] J. Chen, D. F. Kuang, M. Gui, Z. L. Fang (2009), Generation of Optical Vortex Using a Spiral Phase Plate Fabricated in Quartz by Direct Laser Writing and Inductively Coupled Plasma Etching, Chinese Physics Letters, 26(1) 014202.
[21] J. Pi, J. Yang, S. Cho, S. Cheon, G. Kim, K. Choi, H. Kim, W. Lee, H. Kang, C. Hwang (2018), Development of high-resolution active matrix spatial light modulator, Optical Engineering, 57(6), 061606.
[22] M. Massari, G. Ruffato, M. Gintoli, F. Ricci, F. Romanato (2015), Fabrication and characterization of high-quality spiral phase plates for optical applications, Appl. Opt. 54, pp.4077-4083.
[23] H Wei, AK Amrithanath, S Krishnaswamy (2019), 3D printing of micro-optic spiral phase plates for the generation of optical vortex beams, IEEE Photonics Technology Letters, 31(8) 599-602.
[24] Rita S. Rodrigues Ribeiro, Pabitra Dahal, Ariel Guerreiro, Pedro Jorge, Jaime Viegas (2016), Optical fibers as beam shapers: from Gaussian beams to optical vortices, Opt. Lett. 41, pp.2137-2140.
[25] Ksenia Weber, Felix Hütt, Simon Thiele, Timo Gissibl, Alois Herkommer, Harald Giessen (2017), Single mode fiber based delivery of OAM light by 3D direct laser writing, Opt. Express 25, pp.19672-19679.
[26] K. Switkowski, A. Anuszkiewicz, A. Filipkowski, D. Pysz, R. Stepien, W. Krolikowski, R. Buczynski (2017), Formation of optical vortices with all-glass nanostructured gradient index masks, Opt. Express, 25(25) 31443.
[27] H. T. Nguyen, K. Switkowski, R. Kasztelanic, A. Anuszkiewicz (2020), Optical characterization of single nanostructured gradient index vortex phase masks fabricated by the modified stack-and-draw technique, Opt. Commun., 463, 125435.
[28] H. T. Nguyen, R. Kasztelanic, A. Filipkowski, D. Pysz, H. Van Le, R. Stepien, T. Omatsu, W. Krolikowski, R. Buczynski (2023), Broadband optical vortex beam generation using flat-surface nanostructured gradient index vortex phase masks, Sci. Rep., 13(1), 20255.
[29] T. H. Nguyen, T. T. Nguyen, T. L. Nguyen, M. K. Cao, T. H. Tran, V. H. Le (2025), Numerical study on broadband optical vortex beam in the visible range using nanostructured vortex phase components, Hong Duc University Journal of Science, 74, 24–31.
[30] H. Le Van, R. Buczynski, B. C. Van, R. Kasztelanic, H. T. Nguyen, B. Le Viet, H. T. Thi (2025), Achromatic nanostructured phase components for micro-optical vortex beam generation”, Journal of the Optical Society of America B, 42(6) 1194-1203.
[31] A. Sihvola (1999), Electromagnetic Mixing Formulas and Applications, The Institution of Engineering and Technology, 1-296.
[32] Hudelist F, Buczynski R, Waddie AJ, Taghizadeh MR (2009), Design and fabrication of nano-structured gradient index microlenses, Opt. Express, 17(5) 3255-3263.
[33] Adam Filipkowski, Bernard Piechal, Dariusz Pysz, Ryszard Stepien, Andrew Waddie, Mohammad R. Taghizadeh, Ryszard Buczynski (2015), Nanostructured gradient index microaxicons made by a modified stack and draw method, Opt. Lett, 40, 5200-5203.
[34] J. Nowosielski, R. Buczynski, A. J. Waddie, A. Filipkowski, D. Pysz, A. McCarthy, R. Stepien, and M. R. Taghizadeh (2012), Large diameter nanostructured gradient index lens, Optics Express, 20(11) 11767-11777.
[35] H. T. Nguyen, G. Stepniewski, A. Filipkowski, R. Kasztelanic, D. Pysz, H. Le Van, R. Stepien, M. Klimczak, W. Krolikowski, R. Buczynski (2022), Transmission of an optical vortex beam in antiresonant fibers generated in an all-fiber system, Optics Express, 30(25) 45635-45647.
[36] R. Stepien, J. Cimek, D. Pysz, I. Kujawa, M. Klimczak, R. Buczynski (2014), Soft glasses for photonic crystal fibers and microstructured optical components, Optical Engineering, 53(7), 071815.
[37] D. W. Prather, J. N. Mait, M. S. Mirotznik (1999), Design of binary subwavelength diffractive lenses by use of zeroth-order effective-medium theory, Journal of the Optical Society of America A, 16(5) 1157-1167.
[38] V. V. Kotlyar, A. A. Kovalev, and A. P. Porfirev (2017), Astigmatic transforms of an optical vortex for measurement of its topological charge, Appl Opt, 56(14), 4095.
[39] P. Kumar, N. K. Nishchal (2019), Modified Mach-Zehnder interferometer for determining the high-order topological charge of Laguerre-Gaussian vortex beams, Journal of the Optical Society of America A, 36(8), 1447.