Cavidade óptica triangular para análise de vórtices ópticos vetoriais

Abstract

A habilidade de estruturar a luz e usar seus diversos graus de liberdade, como a polarização, modo espacial, frequência e caminho, constitui-se em uma importante ferramenta para codificar e distribuir informação. Neste trabalho investigamos se uma cavidade triangular pode ser utilizada para analisar e discriminar vórtices ópticos vetoriais (VOVs). Em cavidades com um número ímpar de espelhos, em adição à fase de Gouy acumulada em cada volta, modos que apresentam antissimetria horizontal no modo espacial adquirem uma fase p adicional se comparados aos modos simétricos. O mesmo fenômeno ocorre com modos de polarização horizontal. Desta forma, decompor VOVs em uma combinação linear de modos de Hermite-Gauss com diferentes polarizações, nos permite analisar seu comportamento nas cavidades ópticas triangulares. Realizamos uma investigação experimental das características necessárias de uma cavidade para que o feixe VOV entre em ressonância, e possíveis soluções e correções a serem aplicadas. Identificamos que os principais obstáculos são o ângulo de incidência do feixe na entrada da cavidade e os diferentes coeficientes de reflexão dos espelhos para cada polarização. Algumas propostas de solução foram testadas, como o uso de um conjunto de placas de onda que fornecem fase geométrica de Berry-Pancharatnam às polarizações do feixe.

Abstract: The ability to structure light and use several of its degrees of freedom, like polarization, spatial mode, frequency and path, is an important tool to encode and distribute information. In this work, we are investigating whether triangular cavities can be used to analyze and discriminate vector vortex beams (VVBs). In cavities with an odd number of mirrors, in addition to the Gouy phase accumulated in every round trip, modes that present horizontal antisymmetry acquire an extra p phase compared to those displaying horizontal symmetry. For polarization, a similar phenomenon occurs for horizontally polarized modes. Therefore, describing VVBs as linear combinations of Hermite-Gaussian modes with different polarizations allows us to analyze how VVBs behave in a triangular optical cavity. We carried out an experimental investigation of the necessary characteristics of a cavity for the resonance of the VVB, and possible solutions and corrections to be carried out. We identified our main obstacles: the beam?s angle of incidence at the entrance of the cavity and the different reflection coefficients of the mirrors for each polarization. Some solution proposals were tested, like using a set of wave plates that provide Berry-Pancharatnam geometric phase to the beam polarizations.