Details

Исследована возможность идентификации эрмит-гауссовых и бесселевых мод в составе пучка терагерцового излучения с помощью дифракционных оптических элементов. Цель работы. Разработка и апробация метода идентификации модового состава пучка излучения терагерцового диапазона с помощью бинарных фазовых дифракционных оптических элементов для одномодового и многомодового случаев. Метод. Предложенный подход основан на детектировании фурье-образа пучка после прохождения элемента с фазовой функцией, согласованной с искомой модой. Пучок с высоким содержанием исследуемой моды формировался с помощью бинарного фазового дифракционного элемента, далее освещал фильтрующую систему из аналогичного элемента и линзы. В случае совпадения мод, с которыми были согласованы формирующий и фильтрующий элементы, наблюдалось светлое пятно в центре, так называемый положительный отклик. В противном случае в центре наблюдались радиально-симметрично расположенные лепестки с темным пятном в центре, что соответствует негативному отклику. Основные результаты. Приводятся экспериментальные результаты по идентификации эрмит-гауссовых (с номерами (1, 0) и (0, 1)) и бесселевых мод (со значением модуля топологического заряда |l| = 1, 2, 3, 4) в случае одномодового пучка. Для случая многомодового пучка формировалась комбинация из бесселевых пучков с топологическими зарядами -1 и -2. Практическая значимость. Беспроводная передача данных на терагерцовых частотах (целевой диапазон частот следующего поколения связи 6G) многомодовыми бесселевыми пучками позволит значительно повысить информационную плотность передаваемых данных и достичь скоростей порядка Тбит/с. Использованный в работе метод может быть применён для идентификации модового состава пучка в случае передачи нескольких сигналов на одной частоте.

A technique for identifying Hermite-Gaussian and Bessel modes using diffractive optical elements has been investigated in a terahertz range. The aim of study is the development and testing of a method for identifying the mode composition of the terahertz radiation beam using binary phase diffraction optical elements for single-mode and multimode cases. Method. The proposed approach is based on the correlation filtering method. A beam with a high content of the mode under study was formed using the binary phase diffractive element, and then it illuminated the filter system consisting of the similar element and lens. If the modes, with which the forming and filtering elements were matched, a bright spot in the center, the so-called positive response, was observed. Otherwise, radially symmetrically located petals with a dark spot in the center were observed in the center, which corresponds to a negative response. Main results. The experimental results on identification of Hermite-Gaussian modes (with numbers (1, 0) and (0, 1)) and Bessel modes (with topological charge modulus |l| = 1, 2, 3, 4) in the case of the single-mode beam are presented. For the case of the multimode beam, a combination of Bessel beams with topological charges -1 and -2 was formed. Practical significance. The wireless data transmission at terahertz frequencies (the target frequency range of the next generation of 6G communications) using multimode Bessel beams will allow to significantly increase the information density of transmitted data and to achieve speeds of the order of Tbit/s. The method described in the work can be used for decoding the signals transmitted in a multimode beam.