論文の概要: Optimal Diffractive Focusing of Vortex Beams

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.10842v1
• Date: Wed, 07 Oct 2026 19:46:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-10 02:36:53.644612
• Title: Optimal Diffractive Focusing of Vortex Beams
• Title（参考訳）: 渦ビームの最適拡散集束
• Abstract要約: 我々は、軌道角運動量(OAM)を有限円開口で有するパラ軸ビームの回折リング集束を定式化する。 固定トポロジカルチャージでは、所定のリング半径での強度を最大化する実値の放射状瞳孔を決定する。 我々は、対応する渦ビーム瞳孔を実装することにより、光領域での予測を実験的に検証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We formulate diffractive ring focusing of paraxial beams carrying orbital angular momentum (OAM) through a finite circular aperture as a variational optimization problem. For a fixed topological charge, we determine the real-valued radial pupil that maximizes the intensity at a prescribed ring radius and propagation distance under a normalization constraint on the input field. The resulting problem admits an exact analytical solution: the optimal pupil combines the familiar Fresnel phase structure with an OAM-dependent Bessel radial modulation, and the associated eigenvalue yields a rigorous upper bound on the achievable ring intensity. We further analyze the lens-assisted configuration and derive a simple bound that allows direct comparison between diffractive and refractive vortex focusing. The theory also provides a quantitative framework for evaluating the performance of practical mask designs, including binary Fresnel-Bessel zone plates and amplitude-weighted pupils. We have experimentally tested our predictions in the optical domain by implementing the corresponding vortex beam pupils and comparing their propagation and focusing performance with the optimal solution. Our results establish the vortex-beam analogue of optimal amplitude-only focusing and identify the fundamental limits governing diffractive concentration of structured waves
• Abstract（参考訳）: 我々は, 軌道角運動量(OAM)を有するパラ軸ビームの有限円開口による回折リング集束を変分最適化問題として定式化する。 固定トポロジカルチャージでは、入力フィールド上の正規化制約の下で、所定のリング半径での強度と伝播距離を最大化する実値の放射状瞳孔を決定する。 最適瞳孔は、よく知られたフレネル位相構造とOAM依存のベッセル放射変調を結合し、関連する固有値は、達成可能な環強度に厳密な上界をもたらす。 さらに、レンズアシスト構成を解析し、回折渦焦点と屈折渦焦点を直接比較できる単純な境界を導出する。 この理論はまた、二重フレネル・ベッセルゾーンプレートや振幅重み付き瞳孔など、実用的なマスクデザインの性能を評価するための定量的な枠組みも提供する。 我々は、対応する渦ビーム瞳孔を実装し、その伝播と集束性能を最適解と比較することにより、光領域での予測を実験的に検証した。 我々の結果は、最適な振幅のみの焦点の渦-ビームアナログを確立し、構造波の回折濃度を規定する基本的な限界を同定する。

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