Propagation of a wavefront shaped by stochastic non-markovian phase patterns

Abstract

We propose the wavefront shaping by a non-markovian phase pattern based on the Fresnel zone plate (FZP) framework. The presented phase pattern was designed to produce a light beam with a null central intensity along the propagation axis, while carrying random non-markovian properties in two dimensions. This work discusses theoretical and experimental results of the intensity pro le during the propagation of the modulated beam, as well as the in uence of non-markovian memory length on the intensity at the focal plane of the FZP. The probability density function (PDF) for these stochastic cases presented a large deviation from the Rayleigh distribution, expected for a markovian phase distribution. Experimentally, all computed cases are reproduced displaying the phase pattern on a spatial light modulator (SLM), designed considering the resolution of this device and of the acquisition camera. Analyzing the phase pro le of the propagating beam after modulation, it can be concluded that the central zero corresponds to a stable optical vortex at this position. The creation and annihilation of numerous optical vortices in the beam pro le were also pointed out.

Propomos a modulação de frente de onda por um padrão de fase não-markoviano baseado na estrutura de uma placa de zonas de Fresnel (FZP). O padrão de fase apresentado foi concebido a fim de produzir um feixe com centro de intensidade nula ao longo de todo o eixo de propagação, portando propriedades aleatórias não-markovianas em duas dimensões. Este trabalho discute resultados teóoricos e experimentais do perfil de intensidade durante a propagação do feixe modulado, bem como a influência da memória não-markoviana na distribuição de intensidade no plano focal da FZP base. A função densidade de probabilidade (PDF) para estes casos estocásticos apresentou um grande desvio da distribuição de Rayleigh, esperada para uma distribuição markoviana de fases, revelando o favorecimento do surgimento de eventos extremos em feixes modulados por este padrão de fase. Experimentalmente, todos os casos computados foram reproduzidos utilizando um modulador espacial de luz (MEL) exibindo o padrão que foi desenvolvido considerando as resoluções deste dispositivo e da câmera de aquisição. Analisando o perfil de fase do feixe propagante após a modulação, conclui-se que o zero central corresponde a um vórtice ótico estável nesta posição. Foram apontadas ainda, a criação e aniquilação de inúmeros vórtices óticos no perfil do feixe.