Ressonância e discriminação de feixes estruturados em cavidades ópticas triangulares

Abstract

A óptica estruturada é o ramo da óptica que explora os diferentes graus de liberdade da luz, permitindo a geração e a manipulação de feixes com propriedades espaciais complexas. Esses feixes, que apresentam momento angular orbital, distribuições espaciais de polarização e padrões transversais não triviais, vêm sendo investigados em diversas aplicações, como imageamento, armadilhas ópticas, protocolos de comunicação clássica e quântica e processos de óptica não linear. A ideia central dos nossos trabalhos é utilizar uma cavidade óptica triangular para manipular os graus de liberdade espacial e de polarização de feixes estruturados, explorando propriedades de simetria de paridade com o intuito de decompor os feixes em famílias modais específicas, como Hermiteâ Gauss e Laguerreâ Gauss. Em uma primeira proposta, empregamos a cavidade triangular para discriminar a carga topológica associada ao momento angular orbital da luz, por meio da análise da distribuição de seus picos de ressonância. Em um segundo trabalho, investigamos o uso da cavidade na separação de modos vetoriais, de modo que, ao incidir uma superposição desses modos, um deles é refletido enquanto o outro é transmitido.

Abstract: Structured optics is the branch of optics that explores the different degrees of freedom of light, enabling the generation and manipulation of beams with complex spatial properties. These beams, which carry orbital angular momentum, spatially varying polarization distributions, and non-trivial transverse patterns, have been investigated in a range of applications, such as imaging, optical trapping, classical and quantum communication protocols, and nonlinear optical processes. The central idea of our work is to use a triangular optical cavity to manipulate the spatial and polarization degrees of freedom of structured beams, exploiting parity-symmetry properties in order to decompose beams into specific modal families, such as Hermiteâ Gauss and Laguerreâ Gauss. In a first proposal, we employ the triangular cavity to discriminate the topological charge associated with the orbital angular momentum of light through the analysis of the distribution of its resonance peaks. In a second work, we investigate the use of the cavity for sorting vector modes, such that, when a superposition of these modes is incident, one of them is reflected while the other is transmitted.