Рассмотрено влияние обратной связи, осуществляемой по сигнальной и объектной волнам, на амплитудный коэффициент отражения четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности. Получены и проанализированы зависимости коэффициента отражения четырёхволнового преобразователя от интенсивности волн накачки и параметров кольцевого резонатора, реализующего обратную связь. Показано, что использование резонатора кольцевого типа позволяет в несколько раз повысить значения коэффициента отражения четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности.

Бесплатно

Четырёхволновое взаимодействие на тепловой нелинейности при больших коэффициентах отражения c учётом самодифракции волн накачки

Акимов Александр Александрович, Ивахник Валерий Владимирович, Никонов Владимир Иванович

Статья научная

Рассмотрено влияние коэффициента отражения на качество обращения волнового фронта при четырёхволновом взаимодействии на тепловой нелинейности. Показано, что при равных интенсивностях волн накачки с ростом коэффициента отражения ширина пространственного спектра четырёхволнового преобразователя излучения уменьшается. При различных соотношениях между амплитудами волн накачки получены зависимости коэффициента отражения объектной волны, ширины пространственного спектра объектной волны, коэффициента преобразования сигнальной волны от интенсивности волн накачки.

Бесплатно

Четырёхзонный отражающий азимутальный микрополяризатор

Стафеев Сергей Сергеевич, Налимов Антон Геннадьевич, Котляр Мария Викторовна, Офаолейн Лиам Уильям Веллан-Куртин

Статья научная

В работе был рассчитан и изготовлен 4-зонный бинарный субволновый отражающий микропреобразователь поляризации с размерами 100×100 мкм. Микропреобразователь был синтезирован методом электронно-лучевой литографии в плёнке золота. Численно с помощью FDTD-метода и экспериментально было показано, что изготовленный микрополяризатор преобразует падающий на него линейно-поляризованный Гауссов пучок с длиной волны 532 нм в азимутально-поляризованный пучок.

Бесплатно

Четырёхзонный пропускающий азимутальный микрополяризатор с фазовым сдвигом

Стафеев Сергей Сергеевич, Котляр Мария Викторовна, Офаолейн Лиам Уильям Веллан-Куртин, Налимов Антон Геннадьевич, Котляр Виктор Викторович

Статья научная

Изготовлен и исследуется бинарный субволновый четырёхзонный пропускающий элемент фотоники с метаповерхностью для одновременного управления поляризацией и фазой лазерного пучка. Элемент выполнен в плёнке кремния на стекле и преобразует в ближней зоне падающий линейно-поляризованный лазерный пучок в пучок, близкий к азимутально-поляризованному пучку, но со сдвигом фазы на π в диаметрально противоположных точках пучка. В дальней зоне преобразованный пучок формирует на оптической оси не минимум, как азимутально-поляризованный пучок, а максимум интенсивности.

Бесплатно

Четырёхсекторный преобразователь поляризации, интегрированный в кристалл кальцита

Карпеев Сергей Владимирович, Подлипнов Владимир Владимирович, Хонина Светлана Николаевна, Паранин Вячеслав Дмитриевич, Решетников Антон Сергеевич

Статья научная

Предложен новый подход к реализации секторных пластин для преобразования поляризационного состояния пучков. Разработана и реализована технология травления кристалла кальцита для интегрирования в него четырёхсекторного преобразователя поляризации. Экспериментально реализован и исследован четырёхсекторный преобразователь поляризации, обеспечивающий попарное ортогональное поляризационное состояние секторов. Проведено сравнение стыков секторов интегрированного преобразователя со стыками секторов из отдельных фрагментов волновых пластин. Проведён анализ спектральных свойств такого преобразователя, определены длины волн, при которых происходит нужное преобразование. Экспериментально показано, что квазипериодическое повторение условий соответствия фазовой задержки замедляется при увеличении длины волны.

Бесплатно

Численная фокусировка и поле зрения в интерференционной микроскопии

Гребенюк Антон Александрович, Клычкова Дарья Михайловна, Рябухо Владимир Петрович

Статья научная

Представлен анализ эффектов, возникающих на краях поля зрения при численно сфокусированной визуализации оптически расфокусированных объектов в системах интерференционной микроскопии с пространственно когерентным освещением объекта. Получены выражения, описывающие границы областей различного типа в численно сфокусированных изображениях в зависимости от параметров дефокусировки. Получены выражения для оценки допустимых пределов дефокусировки при численно сфокусированной визуализации. Проведено экспериментальное исследование эффектов, возникающих на краях поля зрения при численно сфокусированной визуализации оптически расфокусированных объектов в цифровом голографическом микроскопе с освещением на пропускание.

Бесплатно

Численное и экспериментальное исследование бездисперсионных многомодовых пучков, формируемых с помощью ДОЭ

Бородин С.А., Волков А.В., Казанский Н.Л., Павельев В.С., Карпеев С.В., Палагушкин А.Н., Прокопенко С.А., Арламенков А.Н., Сергеев А.П.

Статья научная

Данная работа посвящена исследованию бездисперсионных многомодовых пучков, формируемых с помощью дифракционных оптических элементов (ДОЭ). Приведены результаты экспериментов по формированию и исследованию бездисперсионных многомодовых пучков. Результаты численных и натурных экспериментов находятся во взаимном соответствии.

Бесплатно

Численное исследование плазмонного резонанса в изогнутом одномодовом металлизированном волоконном световоде в трёхмерной геометрии

Дышлюк Антон Владимирович, Витрик Олег Борисович, Кульчин Юрий Николаевич

Статья научная

Работа посвящена численному исследованию поверхностного плазмонного резонанса в изогнутом одномодовом волоконном световоде с металлизированной оболочкой. Показано, что при оптимальном сочетании радиуса изгиба и толщины металлической пленки плазмон-поляритонные волны могут возбуждаться за счет связи между фундаментальной и плазмонной модами через посредство оболочечных мод шепчущей галереи. Данный эффект приводит к формированию резонансного провала в спектре пропускания световода на длине волны, сильно зависящей от показателя преломления внешней среды. Это открывает возможность построения волоконно-оптического плазмон-поляритонного рефрактометра на одномодовом световоде, не нарушая его структурной целостности и не используя дополнительных волноводных элементов. Продемонстрирована возможность рефрактометрических измерений с чувствительностью ~12 мкм на единицу показателя преломления.

Бесплатно

Численное исследование пространственной структуры когерентных волновых полей оптического диапазона

Кобытев А.В., Курмышев Е.В., Сисакян И.Н.

Статья научная

Представлены результаты подробного тестирования программ вычисления дифракционного интеграла Кирхгофа для случая плоских оптических элементов произвольной формы. Изучено влияние изменения формы плоских оптических элементов и гауссовых неоднородностей интенсивности освещающего пучка на пространственное распределение дифракционных волновых полей. В случае осевой симметрии задачи в приближении Фраунгофера и Френеля получены аналитические представления дифракционного интеграла в виде рядов по функциям Бесселя, удобные для изучения асимптотического влияния неоднородностей интенсивности падающего пучка. Изучена структура волнового поля в окрестности геометрооптической параболы, фокальной точки и осевого отрезка с "равномерным" распределением интенсивности.

Бесплатно

Численное моделирование вихревых структур в высокочастотном электромагнитном поле

Горбунова Анастасия Олеговна, Завершинский Игорь Петрович, Молевич Нонна Евгеньевна, Порфирьев Денис Петрович

Статья научная

Проведено численное моделирование нестационарных вихревых плазменно-газодинамических структур, формирующихся в закрученном потоке в открытой трубке под действием высокочастотного электромагнитного поля. Показано, что при совпадении частоты внешнего поля с собственной частотой резонатора происходит резкий скачок флуктуаций газодинамических полей, индуцирующий изменения структуры разряда.

Бесплатно

Численное моделирование влияния пары наночастиц на электромагнитное поле в ближней зоне методом векторных конечных элементов

Курочка Константин Сергеевич

Статья научная

В работе предлагается математическая модель на основе векторного метода конечных элементов для исследования распределения электромагнитного поля в ближней зоне пары сферических наночастиц. Данная модель позволила разработать алгоритмы и соответствующее программное обеспечение. Была проведена верификация, показавшая, что расхождение результатов исследования предлагаемой математической модели и имеющихся данных расчётов по аналитическим формулам согласно теории Ми (G. Mie) для однородных сферических наночастиц не превышает 10 %. С помощью созданного программного обеспечения проведён вычислительный эксперимент с целью определения расположения пары металлических наночастиц, при котором интенсивность электромагнитного поля в ближней зоне будет достигать наибольшего значения. Достоинством предлагаемой математической модели и методики её применения является использование в качестве конечных элементов тетраэдров, позволяющих с достаточной для практических целей точностью аппроксимировать неоднородную структуру наноматериала. Кроме того, обеспечивается непрерывность во всей расчётной области тангенциальной компоненты электромагнитного поля.

Бесплатно

Численное решение нелинейного уравнения Шредингера в декартовой системе координат

Дегтярев А.А., Деркач А.Е.

Статья научная

Для решения уравнения Шредингера, описывающего распространение электромагнитной волны в нелинейной среде, строится разностная схема типа Писмена-Рекфорда с итерационным уточнением, имеющая квадратичный порядок точности по всем трем пространственным переменным. Для исследования схемы рассмотрены частные случаи задачи, допускающие аналитическое решение. Проведено сопоставление аналитического и численного решений. Приведены результаты численного моделирования процесса распространения электромагнитной волны в нелинейной среде, позволяющие наблюдать как явление самофокусировки светового пучка, так и его самодефокусировки, что полностью согласуется с теорией электромагнитных волн [1]. Отмечается возможность применения разностной схемы для исследования процессов распространения электромагнитной волны в средах с пространственно-зависимым показателем преломления.

Бесплатно

Численное решение нелинейного уравнения Шредингера в радиально-симметричном случае

Дегтярев А.А., Деркач А.Е.

Статья научная

Для решения уравнения Шредингера, описывающего распространение электромагнитной волны в нелинейной среде, используется консервативная разностная схема с итерационным уточнением, которая имеет квадратичный порядок точности по направлению распространения волны и близкий к квадратичному по радиальной переменной. Результаты, полученные с помощью вычислительных экспериментов, полностью подтверждают теоретические исследования. Важной особенностью данного метода является возможность моделирования процесса распространения волны на расстояние порядка десятков метров в нелинейной среде.

Бесплатно

Численное решение уравнений Максвелла в задачах дифракционной оптики стенограмма научного сообщения на совместном семинаре ИСОИ РАН и Института компьютерных исследований СГАУ 11 апреля 2006 года

Котляр В.В.

Статья научная

Рассмотрены методы численного моделирования задач дифракционной оптики, включающие методы разностного решения систем уравнений Максвелла для задач дифракции электромагнитного излучения на элементах микро-оптики, методы конечных и граничных элементов, модовые методы решения задач дифракции света на периодических структурах типа дифракционных решеток и фотонных кристаллов, а также методы расчета собственных мод оптических волноводов с неоднородной поперечной структурой (фотонных волноводов).

Бесплатно

Численные методы анализа многокомпонентных газовых смесей с помощью инфракрасной лазерной спектроскопии

Голяк Игорь Семенович, Карева Елизавета Романовна, Фуфурин Игорь Леонидович, Анфимов Дмитрий Романович, Щербакова Анастасия Викторовна, Небритова Ольга Александровна, Демкин Павел Павлович, Морозов Андрей Николаевич

Статья научная

В настоящей работе рассматривается применение машинного и глубокого обучения в спектральном анализе многокомпонентных газовых смесей. Экспериментальная установка состоит из квантово-каскадного лазера с диапазоном перестройки 5,3 - 12,8 мкм пиковой мощностью до 150 мВт и астигматической газовой ячейки Эрриотта с длиной оптического пути до 76 м. В качестве тестовых веществ использовались ацетон, этанол, метанол и их смеси. Для обнаружения и кластеризации веществ, в том числе молекул-биомаркеров, предложены методы машинного обучения, такие как стохастическое вложение соседей с t-распределением, метод главных компонент и методы классификации, такие как случайный лес, градиентный бустинг и логистическая регрессия. Для спектрального анализа газовых смесей использована неглубокая свёрточная нейронная сеть на базе TensorFlow (Google) и Keras. В качестве обучающей выборки использовались модельные спектры веществ, а в качестве тестовой - модельные и экспериментальные. Показано, что нейронные сети, обученные на модельных спектрах (база данных NIST), могут распознавать вещества в экспериментальных газовых смесях. Предложено использовать нейронные сети для идентификации газовых смесей как единого целого. На экспериментальной установке зарегистрированы следующие минимальные концентрации: 80 ppb для ацетона и 100 - 120 ppb для этанола и метанола. Показана возможность применения предложенных методов для анализа спектров выдыхаемого человеком воздуха.

Бесплатно

Численные методы и алгоритмы построения полей направлений квазипериодических структур

Ильясова Н.Ю., Устинов А.В., Храмов А.Г.

Статья научная

Описываются новые численные методы построения поля направления, приводится полная классификационная схема методов и алгоритмов построения поля направлений, описание ее классов. Дается сравнительный анализ алгоритмов по точности и быстродействию в отдельных классах, а также между классами указанной схемы. Приводятся примеры практических задач анализа изображений, решаемых с использованием поля направлений (анализ дактилограмм, кристаллограмм биологических сред).

Бесплатно

Численные процедуры идентификации и восстановления концентраций веществ в открытой атмосфере при обработке единичного измерения Фурье-спектрорадиометра

Кочиков Игорь Викторович, Морозов Андрей Николаевич, Фуфурин Игорь Леонидович

Статья научная

Разработаны алгоритмы численного решения задачи идентификации веществ и восстановления их концентраций по инфракрасным спектрам среднего разрешения в области 7-14 мкм, полученным на ИК фурье-спектрорадиометре. Алгоритмы позволяют идентифицировать вещества по единичному спектру открытой атмосферной трассы. Вместо рассмотрения многомерной системы линейных уравнений предлагается решать одну или несколько одномерных задач. Переход к одномерной задаче осуществляется методами корреляционного анализа. Исследовано влияние шумов в исходном спектре на ошибки решения задачи определения концентраций.

Бесплатно

Численный анализ прохождения света через антиотражающую алмазную структуру в рамках электромагнитной теории

Головашкин Д.Л., Павельев В.С., Сойфер В.А.

Статья научная

Актуальной проблемой синтеза элементов дифракционной оптики являются потери энергии, связанные с френелевским отражением, что особенно существенно при фокусировке излучения мощных технологических лазеров. Относительно высокий показатель преломления алмаза приводит к тому, что из-за потерь на отражение пропускание алмазной пластины на длине волны 10,6 мкм не превышает 71%. Поэтому особую актуальность приобретает задача просветления алмазных оптических элементов - то есть снижения потерь на френелевское отражение. В данной статье излагается метод, позволяющий моделировать прохождение лазерного излучения через антиотражающую структуру в рамках электромагнитной теории света.

Бесплатно

Численный анализ субволновой фокусировки с помощью кремниевого цилиндра

Савельев Дмитрий Андреевич, Хонина Светлана Николаевна

Статья научная

Произведён анализ влияния изменения размера кремниевого цилиндра с субволновым радиусом на картину дифракции Гауссовых пучков с круговой поляризацией на основе применения метода конечных разностей во временной области. Численно показано, что Гауссов пучок можно сфокусировать вблизи поверхности элемента в световое пятно, размер которого по полуспаду интенсивности равен 0,25λ. В работе демонстрируется, что кремниевый цилиндр, освещённый лазерным пучком с вихревой фазовой сингулярностью первого порядка, формирует световое пятно, центральная часть которого в основном сформирована продольной компонентой электрического поля (размер по полуспаду интенсивности равен 0,29λ).

Бесплатно

Численный анализ функциональных свойств 3D-резонатора плазмонного нанолазера с учетом нелокальности и наличия призмы методом дискретных источников

Еремин Юрий Александрович, Лопушенко Владимир Васильевич

Статья научная

Рассматривается влияние эффекта нелокальности на оптические характеристики ближнего поля резонатора плазмонного нанолазера. На основе метода дискретных источников строится компьютерная модель, позволяющая проводить анализ характеристик ближнего поля слоистой наночастицы, располагающейся на прозрачной подложке в активной среде. При этом учет нелокальности плазмонного металла осуществляется в рамках модели обобщенного нелокального отклика. Исследуется возбуждение частицы как распространяющейся, так и неизлучающей волной. Установлены «оптимальные» направления внешнего возбуждения. Оказалось, что возбуждение неизлучающей волной ведет к большей интенсивности ближнего поля. Показано, что учет эффекта нелокальности в плазмонном металле существенно снижает коэффициент усиления поля.

Бесплатно

Журнал