Description of Bessel-Gauss beams and their Frozen Wave-type superpositions in the generalized Lorenz-Mie theory

Autor: Nereida Celina Llerena Valdivia
Přispěvatelé: Leonardo André Ambrosio, Hugo Enrique Hernández Figueroa, Mônica de Lacerda Rocha, Carlos Henrique da Silva Santos, Gilliard Nardel Malheiros Silveira
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: Na análise do espalhamento da luz por partículas micrométricas a Teoria Generalizada de Lorenz-Mie (GLMT) descreve o feixe incidente com um conjunto de coeficientes de forma (BSCs) que podem ser calculados mediante três abordagens teóricas diferentes, que são, quadraturas, séries finitas e aproximações localizadas. A escolha entre eles pode não ser evidente. Um feixe de Bessel-Gauss (BGB) é um feixe eletromagnético de energia finita, fisicamente realizável, resultante da apodização de um feixe de Bessel por uma função gaussiana. Com o objetivo de ampliar o número de feixes analiticamente descritos na GLMT e viabilizar descrições teóricas confiáveis de BGBs para aplicações, por exemplo, em aprisionamento óptico, o presente trabalho fornece uma comparação entre as técnicas acima mencionadas para a avaliação dos BSCs de BGBs escalares e suas superposições (Frozen Waves) com distintos ângulos axicon, cargas topológicas e parâmetros de confinamento, incluindo tempo de processamento, reconstruções de campo e cálculos de seções de choque de pressão de radiação. Todos os três métodos concordam bem entre si no regime paraxial, embora à medida que o ângulo axicon ou a carga topológica ou o parâmetro de confinamento aumentam, as diferenças nos BSCs para cada método se tornam cada vez mais evidentes devido aos distintos processos de remodelagem do feixe. In the analysis of light scattering by micrometric particles the Generalized Lorenz-Mie Theory (GLMT) describes the incident beam with a set of Beam Shape Coefficients (BSCs) that can be calculated with three theoretical different approaches, namely, quadratures, finite series and localized approximations. Choosing between them may not be self-evident. A Bessel-Gauss beam (BGB) is a finite energy, physically realizable electromagnetic beam resulting from the apodization of a Bessel beam by a Gaussian function. In order to increase the number of beams analytically described in the GLMT and enable reliable theoretical descriptions of BGBs for applications, for example, in optical trapping, this thesis provides a comparison between the aforementioned techniques for the evaluation of the BSCs of scalar BGBs and their superpositions (Frozen Waves) with distinct axicon angles, topologial charges, and confinement parameters, including processing time, field reconstructions and calculation of radiation pressure cross-sections. All three methods agree quite well with each other in the paraxial regime, although as the axicon angle, the topological charge or the confinement parameter increases, the differences in the BSCs for each method become more evident due to the different remolding processes.
Databáze: OpenAIRE
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