Формирование многолучевых динамических градиентных интерференционных световых полей с использованием рефрактивных оптических элементов

Представлены методы формирования и свойств управляемых изменений во времени и пространстве световых полей, передаваемых в результате интерференции трех или четырех когерентных световых пучков с помощью рефракционных оптических элементов. Формирование 3и 4-лучевого интерференционного поля с использованием соответствующих 3и 4-гранной стеклянной пирамиды. Возможность смещения интерференционного поля в горизонтальной плоскости наличием устройства для управляемого изменения фазы по меньшей мере двух из интерферирующих пучков, направление распространения которых не оставляет в одной плоскости с оптическим осью исходного пучка, падающего по пирамиде. В 3-х и 4-лучевых импульсных интерференционных полях пиковые значения частоты выше, чем в исходных лазерных пучках и 2-лучевых интерференционных полях, поэтому их применяют для обработки лазерными волнами плоских объектов, перемещая интерференционные максимумы на поверхности объекта. При попарном азимутальном смещении распространение четырех интерферирующих пучков вокруг длинной оси образует динамическое интерференционное поле, периодические структурированные максимумы, которые циклически плавно изменяют свою форму с клетками на полосах и наоборот, при различных приставках скоростей пар интерференционная структура максов вращается вокруг продольной оси. Благодаря этому данное поле может применяться для терапевтического воздействия на биологические ткани и для обработки микрочастиц в суспензиях и эмульсиях. Поскольку локальные максимальные протяженности всех указанных интерференционных полей имеют размеры порядка нескольких микрометров, превышающие при этом вероятность исходного светового пучка, данные поля в поперечном сечении являются градиентными и могут применяться не только для лазерного воздействия, но и для перемещения ансамблей микрочастиц, в том числе количество для сортировки и изменения глав.

1. Ashkin, A. Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure / A. Ashkin // Phys. Rev. Lett. – 1970. – Vol. 24, № 4. – P. 156–159. https://doi.org/10.1103/physrevlett.24.156

2. Ashkin, A. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams / A. Ashkin, J. M. Dziedzic, T. Yamane // Nature. – 1987. – Vol. 330. – P. 769–771. https://doi.org/10.1038/330769a0

3. Arlt, J. Atom guid-ing along Laguerre-Gaussian and Bessel light beams / J. Arlt, T. Hitomi, K. Dholakia // Appl. Phys. B: Lasers and Optics. – 2000. – Vol. 71, № 4. – P. 549–554. https://doi.org/10.1007/s003400000376

4. Optical micromanipulation using a Bessel light beam / J. Arlt [et al.] // Opt. Commun. – 2001. – Vol. 197, № 4–6. – P. 239–245. https://doi.org/10.1016/s0030-4018(01)01479-1

5. Florjańczyk, M. Guiding of atoms in a travelling-wave laser trap formed by the axicon / M. Florjańczyk, R. Tremblay // Opt. Commun. – 1989. – Vol. 73, № 6. – P. 448–450. https://doi.org/10.1016/0030-4018(89)90459-8

6. Methods of formation of gradient light fields / N. S. Kazak [et al.] // Seventh International Conference on Laser and Laser-Information Technologies: Proceedings of SPIE, Suzdal, Russia, 22–26 June 2001. – Suzdal, 2001. – Vol. 4644. – P. 520–529. https://doi.org/10.1117/12.464190

7. Optical Vortices: 3D Optical Vortex Lattices / D. A. Ikonnikov // Ann. Phys. – 2021. – Bd. 533, № 7. – Art. ID 2100114. https://doi.org/10.1002/andp.202170023

8. Ivakin, E. V. Self-diffraction of radiation by light-induced phase gratings / E. V. Ivakin, I. P. Petrovich, A. S. Rubanov // Soviet J. Quantum Electron. – 1973. – Vol. 3, № 1. – P. 52–55. https://doi.org/10.1070/QE1973v003n01ABEH004741

9. Katarkevich, V. M. Dynamics of the Trapping of Microparticles by an Interference Field on Exposure to Continuous and Pulsed Radiation / V. M. Katarkevich, A. N. Rubinov, T. S. Éfendiev // J. Appl. Spectrosc. – 2004. – Vol. 71. – P. 115–121. https://doi.org/10.1023/b:japs.0000025358.77994.18

10. Метод формирования управляемого градиентного светового поля с использованием электрооптического кристалла / С. В. Солоневич [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-мат. навук. – 2006. – № 5. – С. 115–118.

11. Рыжевич, А. А. Концепция устройства для проведения приповерхностного лазерофореза / А. А. Рыжевич, С. В. Солоневич, Т. А. Железнякова // Приборы и методы измерений. – 2014. – Т. 1, № 8. – С. 22–31.