Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2572
Расчет дифракционных структур для фокусировки поверхностных электромагнитных волн
Статья научная
Приведен вывод интегрального представления электромагнитного поля на границе раздела двух сред через угловой спектр поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ). Рассмотрен метод расчета дифракционных структур для преобразования и фокусировки ПЭВ. Метод основан на использовании фазовой модуляции ПЭВ, возникающей при прохождении волны через диэлектрическую ступеньку, расположенную непосредственно на поверхности распространения ПЭВ. Заданная фазовая модуляция осуществляется как за счет изменения высоты ступеньки над поверхностью при фиксированной длине, так и за счет изменения длины ступеньки при фиксированной высоте. В качестве примера проведен расчет "линз" ПЭВ.
Бесплатно
Расчет зеркал для формирования заданных диаграмм направленности
Статья научная
Предложен метод расчета зеркальных поверхностей для формирования заданных диаграмм направленности (ДН) при сферическом освещающем пучке. Получен общий вид поверхности зеркала в виде огибающей двухпараметрического семейства параболоидов вращения. Проведен расчет зеркал для формирования ДН в виде отрезка и прямоугольника. Рассмотрено применение метода расчета зеркал и преломляющих поверхностей для фокусировки в заданную двумерную область.
Бесплатно
Расчет и измерение поля дифракции плоской электромагнитной волны внутри и снаружи микро-шара
Статья научная
На основе теории Ми произведен расчет векторов напряженности, интенсивности и вектора Умова-Пойнтинга для электромагнитного поля, которое образуется в результате дифракции плоской линейно-поляризованной монохроматической волны на диэлектрическом микрошаре, радиус которого составляет несколько длин волн. С помощью микроскопа и телекамеры произведены также измерения распределений интенсивности света на разных плоскостях вблизи полистиролового шарика диаметром 5 микрон, при дифракции на нем пучка света гелий-неонового лазера. Расчетные и экспериментальные картины дифракции качественно согласуются.
Бесплатно
Расчет и исследование дифракционных микро- и наноструктур
Статья научная
Стенограмма доклада на семинаре по компьютерной оптике и обработке изображений. Представлен ряд направлений исследований в области нанотехнологий. Рассмотрено решение обратной задачи рефлектометрии, состоящей в определении параметров периодических микро- и наноструктур по измерениям отраженного поля. Рассмотрен расчет дифракционных структур для формирования высокочастотных интерференционных картин поверхностных электромагнитных волн. Приведены результаты исследования дифракционных решеток с резонансными магнитооптическими свойствами.
Бесплатно
Расчет и исследование цветоделительных дифракционных решеток
Статья научная
Исследована работа цветоделительных дифракционных решеток в рамках строгой электромагнитной теории. Рассчитаны интенсивности дифракционных порядков в зависимости от величины периода. Оценены границы применимости скалярного приближения и приближения геометрической оптики, используемых при расчете микрорельефа оптических элементов такого типа. Проведен расчет цветоделительных решеток в рамках строгой теории с использованием градиентного метода. Оценена степень оптимальности решений, получаемых в рамках скалярной теории.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено формирование двумерных интерференционных картин поверхностных электромагнитных волн с помощью трехмерной дифракционной структуры, состоящей из дифракционной решетки и металлического слоя. Дифракционная решетка предназначена для преобразования падающей волны в набор поверхностных электромагнитных волн, формирующих двумерную интерференционную картину на нижней границе металлического слоя. В аналитическом виде проведен анализ структуры интерференционных картин. Моделирование в рамках электромагнитной теории показывает возможность формирования контрастных интерференционных картин с периодом, в 2,5-3,5 раза меньшим длины волны. Вид рассчитанных картин совпадает с аналитически полученными оценками. Интенсивность поля в интерференционных максимумах на порядок превышает интенсивность падающей волны. Рассмотрены способы управления конфигурацией и периодом интерференционной картины за счет изменения поляризации и длины волны падающего излучения.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена разработке квантовой теории дифракционных оптических элементов. На примере дифракции света на диэлектрической пластине в резонаторе рассмотрены аспекты квантовой оптики. В работе показана связь между классическим и квантовым решением задачи дифракции на диэлектрической пластине. Получены выражения для собственных мод такого резонатора, а также для операторов векторного магнитного потенциала и напряжённости электрического поля. Метод, предложенный в данной работе, легко распространить на диэлектрические пластины с дифракционным микрорельефом, то есть на дифракционные оптические элементы.
Бесплатно
Расчет комбинированных оптических головок для чтения и записи цифровых дисков нескольких форматов
Статья научная
Представлена псевдолучевая методика получения исходных решений при проектировании оптических головок записи и считывания информации с цифровых дисков нескольких форматов. Ее эффективность продемонстрирована на примере расчета оптической системы, предназначенной для записи и считывания информации с цифровых дисков CD и DVD форматов.
Бесплатно
Расчет мод фотонно-кристаллического световода разными методами
Статья научная
Результаты расчета эффективного индекса для фундаментальной моды фотонно-кристаллического световода с заполненным сердечником, полученные с помощью нового конечно-разностного метода и коммерческой программы FIMMWAVE 4.6, совпадают с точностью до 0,2 %. Новая реализация метода согласованных синусоидальных мод в среде Matlab 7.0 дает более устойчивую и монотонную сходимость, а также существенно меньшую величину ошибки при малом числе локальных мод (до 20 мод), чем коммерческая программа FIMMWAVE. В работе сделан обзор и приведена обширная литература по методам расчета мод фотонно-кристаллических световодов.
Бесплатно
Статья научная
Численно исследована зависимость от угла и смещения углового орбитального момента силы, действующей со стороны цилиндрического непараксиального Гауссова пучка на цилиндрическую микрочастицу с комплексным показателем преломления. Показано, что момент силы, действующий на поглощающую частицу с эллиптическим сечением относительно центра частицы, расположенную по центру перетяжки Гауссова пучка намного меньше момента, действующего на не поглощающую частицу при тех же параметрах, а поглощающая частица с круглым сечением вращается, если ее центр смещен с оптической оси.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен круглый в поперечном сечении регулярный слабопроводящий волоконный световод с двойной оболочкой. Для одномодового режима такого волновода получено выражение для оценки части мощности поля моды, проникающей во внешнюю сплошную оболочку, в стандартном подходе и в Гауссовой модели. Показано, что в Гауссовой модели получается более простой и прозрачный результат, которым можно воспользоваться на практике, в частности, при конструировании такого типа волноводов с минимальной частью мощности, проникающей во внешнюю оболочку.
Бесплатно
Расчет неустановившихся электромагнитных полей в линиях передачи
Статья научная
Рассмотрена методика расчета переходных процессов установления электромагнитного поля в продольнорегулярных линиях передачи. Рассчитано влияние рассогласования источника сигнала и нагрузки на временные характеристики электромагнитного поля в Т-камере.
Бесплатно
Расчет обобщенных линз «рыбий глаз» Максвелла и Итона-Липмана
Статья научная
Получены и решены с помощью преобразования Абеля интегральные уравнения для лучей в двух градиентных линзах со сферически-симметричной зависимостью показателя преломления от координат. Первая линза в виде полу-шара со сферически-симметричным распределением показателя преломления фокусирует плоский пучок лучей, падающий перпендикулярно на плоскую поверхность полу-шара, в точку, лежащую на оси падающего пучка и на некотором расстоянии от полу-шара. Такая линза, как оказалось, является обобщением известной линзы «рыбий глаз» Максвелла. Вторая линза является обобщением известной линзы Итона-Липмана и отражает (или преломляет) любой луч под заданным углом. Из падающего параллельного пучка лучей обобщенная линза Итона-Липмана формирует конические волны, то есть является градиентным аксиконом. Кроме того, получено и решено интегральное уравнение для расчета градиентного сферически-симметричного фокусатора в виде полу-шара, который фокусирует падающий перпендикулярно его плоской поверхности параллельный пучок лучей в радиально симметричную область плоскости с заданным распределением интенсивности, расположенной перпендикулярно оси пучка на некотором расстоянии от полу-шара.
Бесплатно
Расчет оптических элементов при протяженном источнике излучения
Статья научная
С использованием ранее разработанного оптимизационного метода [Byzov EV, Kravchenko SV, Moiseev MA, Bezus EA, Doskolovich LL. Optimization method for designing double-surface refractive optical elements for an extended light source. Opt Express 2020; 28(17): 24431-24443. DOI: 10.1364/OE.400609] для протяженного источника излучения рассчитан компактный преломляющий оптический элемент (отношение высоты элемента к размеру источника излучения - 1,55), обеспечивающий формирование равномерного распределения освещенности в смещенной прямоугольной области. Продемонстрировано применение оптимизационного метода в задаче расчета так называемых TIR-элементов, имеющих рабочую поверхность, на которой происходит полное внутреннее отражение лучей. Для протяженного источника излучения рассчитаны компактные TIR-элементы с выходной поверхностью свободной формы, формирующие равномерные распределения освещенности в прямоугольной области. Результаты работы перспективны для применения при решении широкого класса задач расчета компактных оптических элементов для светоизлучающих диодов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача расчёта осесимметричного преломляющего оптического элемента, преобразующего заданный падающий пучок в выходной пучок с заданным распределением освещённости и заданным волновым фронтом. Волновой фронт выходного пучка определяется через функцию эйконала, заданную в некоторой плоскости за оптическим элементом. Расчёт поверхностей оптического элемента сведён к решению двух обыкновенных дифференциальных уравнений, разрешённых относительно производной. В качестве примеров рассчитаны оптические элементы, преобразующие сферический пучок от точечного ламбертовского источника в пучок с постоянной освещённостью и плоским волновым фронтом, а также в пучок с постоянной освещённостью и функцией эйконала, обеспечивающей фокусировку в отрезок оптической оси.
Бесплатно
Расчет отражателя, формирующего радиально-симметричную диаграмму направленности
Статья научная
Представлен итерационный метод расчета радиально-симметричного зеркала по заданной диаграмме направленности при точечном источнике света. Рассмотрен алгоритм трассировки лучей с учетом многократных отражений.
Бесплатно
Расчет параллельных КИХ-фильтров для некоторых задач обработки сигналов и изображений
Статья научная
Рассматривается класс цифровых фильтров с конечной импульсной характеристикой и параллельно-рекурсивной реализацией звеньев. Приводится общая схема расчета этих фильтров и проводится расчет для различных задач обработки изображений: аппроксимация импульсной и частотной характеристик, восстановление сигналов, обнаружение объектов.
Бесплатно
Статья научная
Для круглого в поперечнике слабонаправляющего волоконного световода с произвольным градиентным профилем показателя преломления в одномодовом режиме в общем виде получена зависимость постоянной распространения от волноводного параметра. Из уравнений Максвелла выведено уравнение для поля в световоде с градиентным профилем показателя преломления. На примере степенного профиля для трёх первых степеней и для гауссова профиля получены зависимости от волноводного параметра для постоянной распространения, фазовой и групповой скоростей. Для отношения мощности, переносимой модой к полной запасенной энергии на единице длины волновода, построена зависимость от волноводного параметра. Показано, что по мере увеличения волноводного параметра и увеличения степени степенного профиля доля переносимой мощности уменьшается и приближается к доле переносимой мощности для гауссова профиля. Полученные результаты могут быть использованы для создании волноводов при решении конкретных приложений.
Бесплатно
Расчет периодических структур для равномерного вывода света из планарного тонкого волновода
Статья научная
Рассмотрен метод решения задачи вывода света из подсветки ЖК дисплея, работающей от одного светодиода, в приближении тонкого волновода. Внимание уделено двум способам расчета: с кусочно-постоянной плотностью расположения микроструктур на волноводе и расчетным положением каждой микроструктуры. Результаты расчетов промоделированы методом трассировки лучей Монте-Карло.
Бесплатно
