Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Возможности технологии микроэлектроники для создания элементов компьютерной оптики
Статья научная
Рассмотрены возможности применения микроэлектронной технологии для формирования элементов дифракционной оптики высокого разрешения. Описываются различные литографические методы создания топологии. Основное внимание уделено методу электронно-лучевой литографии и особенностям его применения при решении задач компьютерной оптики. Операции микроструктурирования рассмотрены на примерах изготовления дифракционных элементов для мягкого рентгеновского диапазона.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены три оптические системы, использующие дифракционные оптические элементы для генерации поверхностных плазмон-поляритонов с орбитальным угловым моментом на осесимметричных проводниках. Во всех трёх системах падающее излучение сначала преобразуется бинарными спиральными фазовыми аксиконами в совокупность сходящихся к оптической оси плоских волн. В зоне пересечения этих волн формируется «закрученный» Бесселев пучок. Подогнав диаметр первого кольца Бесселева пучка к диаметру цилиндрического проводника, можно генерировать вращающийся поверхностный плазмон-поляритон методом дифракции на краю ("end-fire coupling"). Использование дополнительной линзы позволяет преобразовать возбуждающий поверхностный плазмон-поляритон Бесселев пучок в закрученный кольцевой пучок, диаметр которого не зависит от топологического заряда пучка. В третьей схеме сходящиеся плоские волны «перехватываются» цилиндрической металлической дифракционной решёткой, формирующей закрученные поверхностные плазмон-поляритоны на присоединенном к решётке цилиндрическом проводнике. Приведены примеры возможного использования предлагаемых систем в экспериментах на терагерцовом лазере на свободных электронах.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается комплекс эффектов в ионосфере, обусловленных стимулированным высыпанием частиц из околоземного космического пространства под действием мощных радиоволн.
Бесплатно
Волноводные моды в планарной структуре "графен-полупроводник-графен"
Статья научная
Исследуются волноводные режимы оптического диапазона в плёнке полупроводника с обкладками из графена. Показана зависимость модовых характеристик от химического потенциала графена и толщины плёнки. Построены дисперсионные зависимости для первых волноводных мод, частотные зависимости их групповой и фазовой скоростей, распределение плотности потока энергии в структуре. Показано наличие спектральных интервалов, в которых наблюдается малая фазовая и отрицательная групповая скорость волноводных мод. Установлена возможность перестройки волноводного режима за счёт изменения химического потенциала графена и толщины плёнки полупроводника.
Бесплатно
Восстановление альбедо поверхности по данным высокого пространственного разрешения
Статья научная
Представлены три пары формул; каждая пара состоит из формулы, выражающей коэффициент яркости в целевом пикселе на верхней границе атмосферы через значения альбедо в целевом и окружающем пикселях поверхности, и формулы, выражающей альбедо поверхности в целевом пикселе через значения коэффициентов яркости в пикселях на верхней границе атмосферы. Приведен вывод каждой пары формул; представлены предположения, при которых они получены. Формулы только одной пары находятся решением уравнения переноса излучения в одномерной геометрии. Формулы двух других пар включают величины, полученные решением уравнения переноса в трехмерной геометрии. Представлены результаты тестирования точности всех формул при решении задач атмосферной коррекции данных высокого (30 м) пространственного разрешения. Тестирование выполнено на задачах со слоем аэрозоля оптической толщины от 0,2 до 2 для длины волны l = 0,55 мкм и всевозможными значениями альбедо в целевом и окружающем пикселях (от 0,1 до 0,9). Показано, что только одна пара формул из трех обладает высокой точностью при всех условиях. Формулы двух других пар обладают приемлемой (до 10 %) точностью только при малых значениях аэрозольной оптической толщины и небольшом различии альбедо поверхности в целевом и окружающем пикселях.
Бесплатно
Статья научная
В статье решается задача восстановления спектров комбинационного рассеяния света в спектральном диапазоне 800-1050 нм, получаемых на макете статического фурье-спектрометра. Исследован характер искажений, вносимых оптической системой статического фурье-спектрометра. Предложен метод исправления оптических искажений. Метод апробирован на примере восстановления спектра монохроматического источника излучения. На основе анализа спектрограмм профилей интерференционных картин получена карта распределения периодов двумерной интерференционной картины. Построено отображение для исправления оптических искажений двумерной интерферограммы. Результаты исправления продемонстрированы на профилях интерференционных полос. В работе проведено сопоставление различных известных методов коррекции фазы с целью выявления оптимального способа для решаемой задачи. Предложен критерий соответствия восстановленных спектров эталонному спектру. В качестве эталонного использовался спектр комбинационного рассеяния света стильбена, зарегистрированного на дифракционном спектрометре с разрешением δν = 14 см-1.
Бесплатно
Статья научная
Решается задача восстановления изображений, подвергшихся линейным искажениям типа дефокусировки или смаза по результатам непосредственной идентификации параметров инверсного восстанавливающего КИХ-фильтра. Показана принципиальная возможность достижения различного регуляризующего эффекта путем простого линейного преобразования данных. Предложена итерационная процедура, использующая набор моделей невысокого порядка.
Бесплатно
Восстановление после препятствий лазерных пучков, содержащих угловые гармоники
Статья научная
В данной статье рассматриваются возможности восстановления различных лазерных пучков после препятствия, которым может служить захваченная этим пучком микрочастица. Проводится сравнительный анализ свойств восстановления мод лазерного излучения Бесселя, Гаусса-Лагерра и других пучков, содержащих угловые гармоники. Формирование таких пучков наиболее эффективно осуществляется с помощью фазовых дифракционных оптических элементов. Приведены экспериментальные результаты восстановления бесселевых пучков, в том числе ненулевого порядка.
Бесплатно
Восстановление связности линий на бинарных изображениях древовидных структур
Статья научная
Работа посвящена исследованию возможности устранения разрывов линий на изображениях для получения древовидных структур. В качестве метода решения использовалась решающая функция, рассчитываемая для пар точек разрыва и учитывающая различные геометрические характеристики линий в окрестности разрывов. Исследования проводились методом имитационного моделирования и на натурных изображениях. Проведенные эксперименты показали возможность применения разработанных алгоритмов для устранения разрывов линий и получения древовидных структур.
Бесплатно
Вращающиеся элегантные пучки Бесселя-Гаусса
Статья научная
Рассмотрено новое трёхпараметрическое семейство вращающихся асимметричных пучков Бесселя-Гаусса (аБГ-пучки) с целым и дробным орбитальным угловым моментом (ОУМ). аБГ-пучки описываются произведением функции Гаусса и функции Бесселя первого рода n-го порядка с комплексным аргументом и имеют конечную энергию. Степень асимметрии аБГ-пучка зависит от вещественного параметра c ≥ 0: при с = 0 аБГ-пучок совпадает с обычным радиально-симметричным пучком Бесселя-Гаусса; с ростом c аБГ-пучок приобретает форму полумесяца и при c >> 1 вытягивается по вертикальной оси и смещается по горизонтальной оси. Распределение интенсивности асимметричных пучков Бесселя-Гаусса в начальной плоскости имеет счётное число изолированных нулей, расположенных на горизонтальной оси. На месте этих нулей находятся оптические вихри с единичными топологическими зарядами и противоположными знаками с разных сторон от начала координат. При распространении пучка центры этих вихрей вместе со всем пучком вращаются вокруг оптической оси с неравномерной скоростью (при большом с >> 1): на расстоянии, равном длине Рэлея, они повернутся на 45 градусов, и на остальном расстоянии - ещё на 45 градусов. При разных значениях параметра c нули интенсивности в поперечном распределении интенсивности пучка меняют свои местоположения и изменяют ОУМ пучка. Изолированный ноль интенсивности на оптической оси порождает оптический вихрь с топологическим зарядом n. Лазерный пучок в виде вращающегося полумесяца был сформирован с помощью модулятора света.
Бесплатно
Вращающийся по спирали обратный световой поток
Статья научная
С помощью формул Ричардса - Вольфа показано, что при острой фокусировке апланатической системой оптического вихря с топологическим зарядом 3 и с левой (противоположенной) круговой поляризацией в плоскости фокуса вблизи оптической оси имеет место обратный поток энергии (на самой оси он равен нулю), который по величине всего в 2-3 раза меньше, чем прямой поток энергии в фокусе. Показано также, что вблизи оптической оси обратный поток распространяется, вращаясь по спирали вокруг оптической оси против часовой стрелки. Наличие обратного потока вблизи оптической оси показано также с помощью моделирования FDTD-методом дифракции плоской волны с круговой поляризацией на спиральной зонной пластинке третьего порядка с числовой апертурой около 1. Рэлеевская микрочастица, захваченная в область такого фокуса, должна двигаться в обратном направлении по отношению к направлению распространения пучка.
Бесплатно
Вращение двухлепесткового лазерного пучка в ближнем поле вихревого микроаксикона
Статья научная
С помощью вихревого микроаксикона с топологическим зарядом 2 и числовой апертурой около 0,6, изготовленного по технологии электронной литографии для длины волны 532 нм, продемонстрировано формирование в ближней зоне (несколько микронов от поверхности микроаксикона) вращающегося двухлепесткового лазерного пучка, расчётная скорость вращения которого линейно зависит от расстояния и равна 55 °/мкм (теоретическая скорость 53 °/мкм) и экспериментальная скорость вращения только на некотором участке от 1,5 мкм до 3 мкм была линейной и совпадала с расчётной. На начальном участке от 0 до 1,5 мкм скорость была около 66 °/мкм, а на конечном участке трассы от 3 мкм до 4,5 мкм - 34 °/мкм. Достигнутая скорость вращения двухлепесткового пучка больше, чем скорости вращения других известных аналогичных вращающихся двухлепестковых лазерных пучков.
Бесплатно
Вращение лазерных пучков, не обладающих орбитальным угловым моментом
Статья научная
Показано, что среди многомодовых вращающихся лазерных пучков, комплексная амплитуда которых может быть представлена как линейная суперпозиция мод Лагерра-Гаусса с определенными номерами, имеются световые пучки с нулевым орбитальным угловым моментом. Также рассмотрены примеры вращающихся лазерных пучков с нулевым орбитальным угловым моментом, представленных в виде суперпозиции мод Бесселя и гипергеометрических мод. Впервые с помощью жидко-кристаллического микродисплея был сгенерирован вращающийся бесселевый пучок с нулевым орбитальным угловым моментом.
Бесплатно
Вращение микротурбин в сложных вихревых пучках
Статья научная
Описано изготовление микротурбин методом двухфотонной полимеризации. Описан эксперимент по вращению микротурбин специальной формы в вихревых световых пучках сложной структуры.
Бесплатно
Вращение микрочастиц в световых полях
Статья научная
Рассмотрены эксперименты по манипулированию микросферами в световых пучках Бесселя и пучках с угловыми гармониками, которые были сформированы дифракционными оптическими элементами.
Бесплатно
Вращение эллипсоидальной диэлектрической частицы в фокусе гауссова пучка с круговой поляризацией
Статья научная
В работе рассмотрены силы и моменты сил, действующие в фокусе сферической волны с круговой поляризацией на эллипсоидальную диэлектрическую частицу. Расчёты проведены на основе поля дифракции, полученного методом FDTD, расчёт силы и момента силы проводился с помощью тензора напряжений Максвелла. Показано, что в фокусе сферической волны с круговой поляризацией на эллипсоид относительно его центра действует момент силы, который будет стремиться вращать его вокруг оптической оси. При этом эллипсоид расположен в поперечной плоскости к оптической оси. При смещении эллипсоида с оптической оси возникает сила со стороны света, препятствующая этому смещению, то есть на оптической оси частица будет находиться в оптической ловушке.
Бесплатно
Временное «сжатие» фемтосекундного импульса в фокусе усечённого микроэллипсоида
Статья научная
Рассчитан усечённый эллипсоид, который все падающие параллельные лучи собирает на входной плоской поверхности. Моделирование FDTD-методом, учитывающим дисперсию вещества, фокусировки фемтосекундного импульса (длительностью 1,24 фс по полуспаду интенсивности и несущей длиной волны λ 0= 532 нм) с помощью кварцевого усечённого микроэллипсоида с меньшим диаметром сечения 1,16 мкм показало, что эллипсоид даёт эллиптическое фокусное пятно с меньшим диаметром FWHM = 0,38λ. При этом временная длительность импульса в фокусе на несколько процентов меньше, чем длительность входящего импульса.
Бесплатно
Статья научная
Для тонкой динамической голограммы в растворе красителя, моделируемом четырехуровневой схемой энергетических уровней, найден вид временного отклика в виде суммы трех экспоненциальных функций. Получены зависимости весовых коэффициентов и скоростей уменьшения экспоненциальных функций от интенсивности излучения, записывающего голограмму, параметров красителя.
Бесплатно
Временной отклик четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности
Статья научная
Получено выражение для временного отклика четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности. Численно показано, что увеличение толщины нелинейного слоя приводит к росту ширины временного отклика. Проанализирована временная зависимость качества обращения волнового фронта четырёхволновым преобразователем излучения.
Бесплатно
Статья научная
В приближении заданного поля по волнам накачки получено выражение для временного отклика вырожденного четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности с попутными волнами накачки. Проанализирована временная динамика пространственного спектра объектной волны. Показано, что в плоскости волн накачки увеличение угла между волнами накачки слабо влияет на время выхода полуширины полосы пространственных частот на стационарное значение. При этом время выхода на стационарное значение полуширины полосы пространственных частот в плоскости, перпендикулярной волнам накачки, уменьшается.
Бесплатно
