Efecto de una deformación de frente de onda en el patrón de difracción de campo lejano de un TEM00

Al realizar simulaciones de Matlab en un modo TEM00 (aproximado por un perfil de intensidad gaussiana con un frente de onda plano), tuve la impresión de que aplicar deformaciones de frente de onda (como un solo coeficiente de Zernike) en el campo de entrada tenía efectos mínimos en el campo lejano. patrón de difracción (calculado con una transformada de Fourier del campo de entrada), incluso para deformaciones de hasta varias decenas de Lambda. Las únicas excepciones parecen ser los Zernikes de primer+segundo orden (un gradiente de fase lineal), que desplazan el haz como deberían, y el Zernike de cuarto orden (deformación esférica) que enfoca el haz como se esperaba. No se observó un efecto significativo con los coeficientes correspondientes a astigmatismo y coma, por ejemplo.

Por el contrario, incluso pequeñas deformaciones (como astigmatismo y coma) aplicadas a un perfil gaussiano pero con una hélice de fase añadida (fase dada por 2*pi*Theta, donde Theta es el ángulo en coordenadas polares en el plano de onda) tienen efectos dramáticos en la forma del patrón de campo lejano, que normalmente es una rosquilla perfecta (que se aproxima a un modo LG01, el primer modo Laguerre-Gaussiano no trivial).

Lo que me desconcierta es que, por lo que he visto en una realización experimental simple del primer caso (rayo láser que sale de una fibra monomodo, deformación del frente de onda aplicada por un LC-SLM, enfoque del rayo con un objetivo de microscopio, lejos- patrón de difracción de campo observado con una cámara mirando el reflejo del haz en un portaobjetos de microscopio), incluso las deformaciones leves tienen un efecto muy visible en el "TEM00" (bueno, exactamente cómo queda el haz después de pasar por todos los elementos ópticos). Difícil de decir).

Me estoy perdiendo de algo ? (Las ilustraciones se pueden proporcionar a pedido)

¿Cómo defines a tu alumno? Si sus Zernikies cubren toda la cuadrícula de cálculo, pero su haz solo cubre un pequeño círculo, entonces la coma se verá como una punta/inclinación muy débil.
Veo que eres de Burdeos. Si acepta mi respuesta, tenga en cuenta que acepto vino como forma de compensación :)
Ah, sí, el vino aquí es barato y muy bueno: p. Aunque es muy difícil encontrar chiles chipotles y habaneros: p

Respuestas (2)

Probablemente esté llenando toda su cuadrícula de cálculo con su polinomio de Zernike. Recuerde que los Zernikies solo son ortogonales (y útiles como aberraciones ópticas) sobre el círculo unitario, por lo que debe elegir un parche del tamaño adecuado de la cuadrícula de cálculo sobre el cual definirá la intensidad y la fase de su haz. Por ejemplo, generé algunas parcelas. La cuadrícula es de 512x512 píxeles:

Aquí está el mapa de retardo de fase para coma, calculado como si el círculo unitario se extendiera hasta los bordes de la cuadrícula, calculado como 8 ( 3 ρ 3 − 2 ρ ) pecado ⁡ θ . Tiene un PV de 1 onda:coma

Ahora, si ponemos un perfil de intensidad gaussiana, pero no llenamos toda la cuadrícula (y estoy seguro de que no lo está haciendo, porque este es un error mucho más difícil de no notar), con el mi − 2 contorno de intensidad que tiene un radio de 1 10 la red, obtenemos una intensidad de campo cercano como esta:$I_{NF}$

Si usa la fase e intensidad anteriores, obtiene un campo lejano como este (que se muestra como I norte t mi norte s i t y ):El $I_{FF}$ incorrecto

¡Esto básicamente parece un punto limitado de difracción perfecta! ¿Por qué? Pues mira la fase sobre la región ocupada por el haz:Fase incorrecta

¡Es solo inclinación! y su PV está muy por debajo de 1 onda. Así que realmente no hará mucho de nada en el campo lejano.

Ahora, intentemos de nuevo, pero escale correctamente el ρ eje cuando calculamos la Coma:Correcta fase e intensidad de NF FF correcto

Justo lo que esperas.

Gran respuesta, eso suena muy razonable. Muchas gracias por las simulaciones.
De hecho, su respuesta es "acertada" (jaja). El caso es que, para ver el haz con un tamaño razonable en el plano de salida, elegí un haz más pequeño en el plano de entrada. Y obviamente, para un solo polinomio de Zernike, la amplitud de fase ptp es mucho menor como resultado. Sin embargo, esto no explica por qué la misma deformación en el mismo haz de entrada (pero con una hélice de fase añadida) tiene un efecto dramático en la rosquilla obtenida.

Ejecuté una simulación propia y no estoy de acuerdo con su simulación. Aquí hay una imagen de coma en la dirección x con una deformación de una longitud de onda:aberración óptica

A la izquierda está el haz original, a la derecha está el campo lejano. Por supuesto, hice una simulación rápida y sucia, por lo que podría estar mal. Puedes tener mi código de Python si quieres.

Efecto de una deformación de frente de onda en el patrón de difracción de campo lejano de un TEM00
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