Abstract

We expose a mechanism for the dynamical generation and control of light states with diverse topologies in spiraling guiding structures. Specifically, we show that spiraling shallow refractive index landscapes induce coupling and periodic energy exchange between states with different topological charges. Such a resonant effect enables excitation of optical vortices by vortex-free inputs and allows the output topological charge of the beam to be controlled. The presence of nonlinearity results in a strong asymmetrization of the resonant curves and a shift of the resonant frequencies. Resonant vortex dynamic generation, including revivals, is shown to be possible not only in waveguides mediated by total internal reflection but also in Bragg-guiding hollow-core geometries.

© 2013 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. F. Nye and M. V. Berry, Proc. R. Soc. London Ser. A 336, 165 (1974).
    [CrossRef]
  2. J. Leach, M. R. Dennis, J. Courtial, and J. Padgett, Nature 432, 165 (2004).
    [CrossRef]
  3. A. S. Desyatnikov, D. Buccoliero, M. R. Dennis, and Y. S. Kivshar, Sci. Rep. 2, 771 (2012).
    [CrossRef]
  4. J. P. Torres and L. Torner, eds., Twisted Photons: Applications of Light with Orbital Angular Momentum (Wiley, 2011).
  5. A. Bekshaev, M. Soskin, and M. Vasnetsov, Paraxial Light Beams with Angular Momentum (Nova Science, 2008).
  6. I. L. Garanovich, S. Longhi, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rep. 518, 1 (2012).
    [CrossRef]
  7. I. Rabi, Phys. Rev. 49, 324 (1936).
    [CrossRef]
  8. K. O. Hill, B. Malo, K. A. Vineberg, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and I. Skinner, Electron. Lett. 26, 1270 (1990).
    [CrossRef]
  9. K. S. Lee and T. Erdogan, Appl. Opt. 39, 1394 (2000).
    [CrossRef]
  10. Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh, and L. Torner, Phys. Rev. Lett. 99, 233903 (2007).
    [CrossRef]
  11. K. Shandarova, C. E. Rüter, D. Kip, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, O. Peleg, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 102, 123905 (2009).
    [CrossRef]
  12. C. D. Poole, C. D. Townsend, and K. T. Nelson, J. Lightwave Technol. 9, 598 (1991).
    [CrossRef]
  13. K. S. Lee and T. Erdogan, J. Opt. Soc. Am. A 18, 1176 (2001).
    [CrossRef]
  14. D. McGloin, N. B. Simpson, and M. J. Padgett, Appl. Opt. 37, 469 (1998).
    [CrossRef]
  15. C. N. Alexeyev and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 78, 043828 (2008).
    [CrossRef]
  16. C. N. Alexeyev, T. A. Fadeyeva, B. P. Lapin, and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 83, 063820 (2011).
    [CrossRef]
  17. C. N. Alexeyev, Appl. Opt. 51, 6125 (2012).
    [CrossRef]
  18. H. Xu and L. Yang, Opt. Lett. 38, 1978 (2013).
    [CrossRef]
  19. G. K. L. Wong, M. S. Kang, H. W. Lee, F. Biancalana, C. Conti, T. Weiss, and P. St. J. Russell, Science 337, 446 (2012).
    [CrossRef]
  20. X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
    [CrossRef]
  21. M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
    [CrossRef]

2013 (3)

X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
[CrossRef]

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

H. Xu and L. Yang, Opt. Lett. 38, 1978 (2013).
[CrossRef]

2012 (4)

C. N. Alexeyev, Appl. Opt. 51, 6125 (2012).
[CrossRef]

G. K. L. Wong, M. S. Kang, H. W. Lee, F. Biancalana, C. Conti, T. Weiss, and P. St. J. Russell, Science 337, 446 (2012).
[CrossRef]

A. S. Desyatnikov, D. Buccoliero, M. R. Dennis, and Y. S. Kivshar, Sci. Rep. 2, 771 (2012).
[CrossRef]

I. L. Garanovich, S. Longhi, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rep. 518, 1 (2012).
[CrossRef]

2011 (1)

C. N. Alexeyev, T. A. Fadeyeva, B. P. Lapin, and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 83, 063820 (2011).
[CrossRef]

2009 (1)

K. Shandarova, C. E. Rüter, D. Kip, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, O. Peleg, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 102, 123905 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

C. N. Alexeyev and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 78, 043828 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh, and L. Torner, Phys. Rev. Lett. 99, 233903 (2007).
[CrossRef]

2004 (1)

J. Leach, M. R. Dennis, J. Courtial, and J. Padgett, Nature 432, 165 (2004).
[CrossRef]

2001 (1)

2000 (1)

1998 (1)

1991 (1)

C. D. Poole, C. D. Townsend, and K. T. Nelson, J. Lightwave Technol. 9, 598 (1991).
[CrossRef]

1990 (1)

K. O. Hill, B. Malo, K. A. Vineberg, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and I. Skinner, Electron. Lett. 26, 1270 (1990).
[CrossRef]

1974 (1)

J. F. Nye and M. V. Berry, Proc. R. Soc. London Ser. A 336, 165 (1974).
[CrossRef]

1936 (1)

I. Rabi, Phys. Rev. 49, 324 (1936).
[CrossRef]

Alexeyev, C. N.

C. N. Alexeyev, Appl. Opt. 51, 6125 (2012).
[CrossRef]

C. N. Alexeyev, T. A. Fadeyeva, B. P. Lapin, and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 83, 063820 (2011).
[CrossRef]

C. N. Alexeyev and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 78, 043828 (2008).
[CrossRef]

Barnett, S. M.

X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
[CrossRef]

Bekshaev, A.

A. Bekshaev, M. Soskin, and M. Vasnetsov, Paraxial Light Beams with Angular Momentum (Nova Science, 2008).

Berry, M. V.

J. F. Nye and M. V. Berry, Proc. R. Soc. London Ser. A 336, 165 (1974).
[CrossRef]

Biancalana, F.

X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
[CrossRef]

G. K. L. Wong, M. S. Kang, H. W. Lee, F. Biancalana, C. Conti, T. Weiss, and P. St. J. Russell, Science 337, 446 (2012).
[CrossRef]

Bilodeau, F.

K. O. Hill, B. Malo, K. A. Vineberg, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and I. Skinner, Electron. Lett. 26, 1270 (1990).
[CrossRef]

Buccoliero, D.

A. S. Desyatnikov, D. Buccoliero, M. R. Dennis, and Y. S. Kivshar, Sci. Rep. 2, 771 (2012).
[CrossRef]

Christodoulides, D. N.

K. Shandarova, C. E. Rüter, D. Kip, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, O. Peleg, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 102, 123905 (2009).
[CrossRef]

Conti, C.

G. K. L. Wong, M. S. Kang, H. W. Lee, F. Biancalana, C. Conti, T. Weiss, and P. St. J. Russell, Science 337, 446 (2012).
[CrossRef]

Courtial, J.

J. Leach, M. R. Dennis, J. Courtial, and J. Padgett, Nature 432, 165 (2004).
[CrossRef]

Dennis, M. R.

A. S. Desyatnikov, D. Buccoliero, M. R. Dennis, and Y. S. Kivshar, Sci. Rep. 2, 771 (2012).
[CrossRef]

J. Leach, M. R. Dennis, J. Courtial, and J. Padgett, Nature 432, 165 (2004).
[CrossRef]

Desyatnikov, A. S.

A. S. Desyatnikov, D. Buccoliero, M. R. Dennis, and Y. S. Kivshar, Sci. Rep. 2, 771 (2012).
[CrossRef]

Dreisow, F.

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

Erdogan, T.

Fadeyeva, T. A.

C. N. Alexeyev, T. A. Fadeyeva, B. P. Lapin, and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 83, 063820 (2011).
[CrossRef]

Garanovich, I. L.

I. L. Garanovich, S. Longhi, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rep. 518, 1 (2012).
[CrossRef]

Hill, K. O.

K. O. Hill, B. Malo, K. A. Vineberg, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and I. Skinner, Electron. Lett. 26, 1270 (1990).
[CrossRef]

Johnson, D. C.

K. O. Hill, B. Malo, K. A. Vineberg, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and I. Skinner, Electron. Lett. 26, 1270 (1990).
[CrossRef]

Kang, M. S.

G. K. L. Wong, M. S. Kang, H. W. Lee, F. Biancalana, C. Conti, T. Weiss, and P. St. J. Russell, Science 337, 446 (2012).
[CrossRef]

Kartashov, Y. V.

Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh, and L. Torner, Phys. Rev. Lett. 99, 233903 (2007).
[CrossRef]

Kip, D.

K. Shandarova, C. E. Rüter, D. Kip, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, O. Peleg, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 102, 123905 (2009).
[CrossRef]

Kivshar, Y. S.

I. L. Garanovich, S. Longhi, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rep. 518, 1 (2012).
[CrossRef]

A. S. Desyatnikov, D. Buccoliero, M. R. Dennis, and Y. S. Kivshar, Sci. Rep. 2, 771 (2012).
[CrossRef]

Lapin, B. P.

C. N. Alexeyev, T. A. Fadeyeva, B. P. Lapin, and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 83, 063820 (2011).
[CrossRef]

Leach, J.

J. Leach, M. R. Dennis, J. Courtial, and J. Padgett, Nature 432, 165 (2004).
[CrossRef]

Lee, H. W.

G. K. L. Wong, M. S. Kang, H. W. Lee, F. Biancalana, C. Conti, T. Weiss, and P. St. J. Russell, Science 337, 446 (2012).
[CrossRef]

Lee, K. S.

Longhi, S.

I. L. Garanovich, S. Longhi, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rep. 518, 1 (2012).
[CrossRef]

Lumer, Y.

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

Makris, K. G.

K. Shandarova, C. E. Rüter, D. Kip, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, O. Peleg, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 102, 123905 (2009).
[CrossRef]

Malo, B.

K. O. Hill, B. Malo, K. A. Vineberg, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and I. Skinner, Electron. Lett. 26, 1270 (1990).
[CrossRef]

McGloin, D.

Nelson, K. T.

C. D. Poole, C. D. Townsend, and K. T. Nelson, J. Lightwave Technol. 9, 598 (1991).
[CrossRef]

Nolte, S.

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

Nye, J. F.

J. F. Nye and M. V. Berry, Proc. R. Soc. London Ser. A 336, 165 (1974).
[CrossRef]

Padgett, J.

J. Leach, M. R. Dennis, J. Courtial, and J. Padgett, Nature 432, 165 (2004).
[CrossRef]

Padgett, M. J.

X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
[CrossRef]

D. McGloin, N. B. Simpson, and M. J. Padgett, Appl. Opt. 37, 469 (1998).
[CrossRef]

Peleg, O.

K. Shandarova, C. E. Rüter, D. Kip, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, O. Peleg, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 102, 123905 (2009).
[CrossRef]

Plotnik, Y.

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

Podolsky, D.

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

Poole, C. D.

C. D. Poole, C. D. Townsend, and K. T. Nelson, J. Lightwave Technol. 9, 598 (1991).
[CrossRef]

Rabi, I.

I. Rabi, Phys. Rev. 49, 324 (1936).
[CrossRef]

Rechtsman, M. C.

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

Russell, J.

X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
[CrossRef]

Russell, P. St. J.

G. K. L. Wong, M. S. Kang, H. W. Lee, F. Biancalana, C. Conti, T. Weiss, and P. St. J. Russell, Science 337, 446 (2012).
[CrossRef]

Rüter, C. E.

K. Shandarova, C. E. Rüter, D. Kip, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, O. Peleg, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 102, 123905 (2009).
[CrossRef]

Segev, M.

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

K. Shandarova, C. E. Rüter, D. Kip, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, O. Peleg, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 102, 123905 (2009).
[CrossRef]

Shandarova, K.

K. Shandarova, C. E. Rüter, D. Kip, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, O. Peleg, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 102, 123905 (2009).
[CrossRef]

Simpson, N. B.

Skinner, I.

K. O. Hill, B. Malo, K. A. Vineberg, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and I. Skinner, Electron. Lett. 26, 1270 (1990).
[CrossRef]

Soskin, M.

A. Bekshaev, M. Soskin, and M. Vasnetsov, Paraxial Light Beams with Angular Momentum (Nova Science, 2008).

St, P.

X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
[CrossRef]

Sukhorukov, A. A.

I. L. Garanovich, S. Longhi, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rep. 518, 1 (2012).
[CrossRef]

Szameit, A.

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

Torner, L.

Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh, and L. Torner, Phys. Rev. Lett. 99, 233903 (2007).
[CrossRef]

Townsend, C. D.

C. D. Poole, C. D. Townsend, and K. T. Nelson, J. Lightwave Technol. 9, 598 (1991).
[CrossRef]

Vasnetsov, M.

A. Bekshaev, M. Soskin, and M. Vasnetsov, Paraxial Light Beams with Angular Momentum (Nova Science, 2008).

Vineberg, K. A.

K. O. Hill, B. Malo, K. A. Vineberg, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and I. Skinner, Electron. Lett. 26, 1270 (1990).
[CrossRef]

Vysloukh, V. A.

Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh, and L. Torner, Phys. Rev. Lett. 99, 233903 (2007).
[CrossRef]

Weiss, T.

X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
[CrossRef]

G. K. L. Wong, M. S. Kang, H. W. Lee, F. Biancalana, C. Conti, T. Weiss, and P. St. J. Russell, Science 337, 446 (2012).
[CrossRef]

Wong, G. K. L.

X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
[CrossRef]

G. K. L. Wong, M. S. Kang, H. W. Lee, F. Biancalana, C. Conti, T. Weiss, and P. St. J. Russell, Science 337, 446 (2012).
[CrossRef]

Xi, X. M.

X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
[CrossRef]

Xu, H.

Yang, L.

Yavorsky, M. A.

C. N. Alexeyev, T. A. Fadeyeva, B. P. Lapin, and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 83, 063820 (2011).
[CrossRef]

C. N. Alexeyev and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 78, 043828 (2008).
[CrossRef]

Zeuner, J. M.

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

Appl. Opt. (3)

Electron. Lett. (1)

K. O. Hill, B. Malo, K. A. Vineberg, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and I. Skinner, Electron. Lett. 26, 1270 (1990).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

C. D. Poole, C. D. Townsend, and K. T. Nelson, J. Lightwave Technol. 9, 598 (1991).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. A (1)

Nature (2)

J. Leach, M. R. Dennis, J. Courtial, and J. Padgett, Nature 432, 165 (2004).
[CrossRef]

M. C. Rechtsman, J. M. Zeuner, Y. Plotnik, Y. Lumer, D. Podolsky, F. Dreisow, S. Nolte, M. Segev, and A. Szameit, Nature 496, 196 (2013).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Phys. Rep. (1)

I. L. Garanovich, S. Longhi, A. A. Sukhorukov, and Y. S. Kivshar, Phys. Rep. 518, 1 (2012).
[CrossRef]

Phys. Rev. (1)

I. Rabi, Phys. Rev. 49, 324 (1936).
[CrossRef]

Phys. Rev. A (2)

C. N. Alexeyev and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 78, 043828 (2008).
[CrossRef]

C. N. Alexeyev, T. A. Fadeyeva, B. P. Lapin, and M. A. Yavorsky, Phys. Rev. A 83, 063820 (2011).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (3)

X. M. Xi, T. Weiss, G. K. L. Wong, F. Biancalana, S. M. Barnett, M. J. Padgett, P. St, and J. Russell, Phys. Rev. Lett. 110, 143903 (2013).
[CrossRef]

Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh, and L. Torner, Phys. Rev. Lett. 99, 233903 (2007).
[CrossRef]

K. Shandarova, C. E. Rüter, D. Kip, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, O. Peleg, and M. Segev, Phys. Rev. Lett. 102, 123905 (2009).
[CrossRef]

Proc. R. Soc. London Ser. A (1)

J. F. Nye and M. V. Berry, Proc. R. Soc. London Ser. A 336, 165 (1974).
[CrossRef]

Sci. Rep. (1)

A. S. Desyatnikov, D. Buccoliero, M. R. Dennis, and Y. S. Kivshar, Sci. Rep. 2, 771 (2012).
[CrossRef]

Science (1)

G. K. L. Wong, M. S. Kang, H. W. Lee, F. Biancalana, C. Conti, T. Weiss, and P. St. J. Russell, Science 337, 446 (2012).
[CrossRef]

Other (2)

J. P. Torres and L. Torner, eds., Twisted Photons: Applications of Light with Orbital Angular Momentum (Wiley, 2011).

A. Bekshaev, M. Soskin, and M. Vasnetsov, Paraxial Light Beams with Angular Momentum (Nova Science, 2008).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Metrics