Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
Оптические пучки с бесконечным числом вихрей
Статья научная
При передаче данных с помощью вихревых лазерных пучков носителем информации может являться топологический заряд, теоретическое значение которого не ограничено. Однако, топологический заряд одного отдельного вихря ограничен возможностями его формирования. Поэтому в данной работе проанализированы пучки с неограниченным (счётным) множеством оптических вихрей. Суммарный топологический заряд таких пучков бесконечен. Центры сингулярности фазы (изолированные нули интенсивности) таких пучков, как правило, имеют единичный топологический заряд и расположены эквидистантно (или не эквидистантно) на прямой линии в поперечном сечении пучка. Такие пучки структурно устойчивые и при распространении в пространстве изменяются только масштабно и вращаются. Орбитальный угловой момент таких мультивихревых пучков конечный, так как только конечное число оптических вихрей попадает в область Гауссова пучка с заметной интенсивностью. Остальные центры сингулярности фазы находятся на периферии (и на бесконечности), где интенсивность почти нулевая.
Бесплатно
Оптические системы с многосекторными полями зрения на основе дифракционных элементов
Статья научная
Рассмотрены вопросы построения оптических систем с многосекторными полями зрения, используемых в устройствах обработки информации, технического зрения и т.п. на основе базовых компонентов, включающих два рельефно-фазовых дифракционных элемента - решетку и линзу. Получены формулы параксиального и аберрационного расчета дифракционных базовых компонентов.
Бесплатно
Оптические схемы и статистические характеристики сигнала спекл-интерферометров перемещений
Статья научная
Рассмотрены схемные решения для спекл-интерферометров перемещений, в которых максимальные значения амплитуды выходного фотоэлектрического сигнала достигаются согласованием интерферирующих волновых полей. Проанализированы требования для определения взаимного расположения оптических элементов спекл-интерферометра, опорной и контролируемой поверхностей для расчета оптических схем интерферометров с учетом параметров лазерного гауссова пучка. Получены соотношения для оценки ожидаемых значений (среднего, наиболее вероятного и дисперсии) величины выходного фотоэлектрического сигнала спекл-интерферометров с согласованными интерферирующими полями при гладкой и спекл-модулированной опорных волнах.
Бесплатно
Оптические фазовые сингулярности и сверхсветовое движение в неограниченном пространстве
Статья научная
В этой работе мы обобщили замечательный результат, полученный Соскиным с соавторами в Physical Review A 56, 4064 (1997). Мы показали, что у осевой суперпозиции двух пучков Лагерра-Гаусса с номерами (0, n ) и (0, m ) и разными радиусами перетяжек топологический заряд до плоскости, на которой радиусы перетяжки становятся одинаковыми, равен m , если радиус перетяжки пучка с номером (0, m ) больше, а после этой плоскости топологический заряд всей суперпозиции равен n . Так получается потому, что у суперпозиции в начальной плоскости имеется оптический вихрь на оптической оси с топологическим зарядом m и еще на окружностях разных радиусов имеются ( n -m ) вихрей с топологическими зарядами +1 и столько же вихрей с топологическими зарядами -1. При приближении пучка к указанной плоскости вихри с топологическим зарядом -1 со скоростью больше скорости света «уходят» на бесконечность, и топологический заряд пучка становится равен n . Если, наоборот, радиус перетяжки пучка с номером (0, m ) меньше, то топологический заряд пучка от начальной плоскости до плоскости, на которой радиусы перетяжки становятся одинаковыми, равен n, а после этой плоскости топологический заряд суперпозиции равен m . Так получается потому, что после указанной плоскости из бесконечности со скоростью больше скорости света «приходят» n-m вихрей с топологическим зарядом -1.
Бесплатно
Оптические чистые вихри и гипергеометрические моды
Статья научная
Получен счетный набор линейно-независимых решений параксиального волнового уравнения (типа уравнения Шредингера), которые названы гипергеометрическими модами. Эти решения описывают оптические чистые вихри и могут быть сформированы при освещении плоской волной спиральной фазовой пластины. Эти моды отличаются от известных параксиальных мод тем, что их радиус увеличивается как корень квадратный от пройденного расстояния, и что все они при распространении имеют одинаковую фазовую скорость.
Бесплатно
Оптические, ИК- и ТГЦ-экраны на основе слоистых структур металл-диэлектрик-полупроводник
Статья научная
Рассмотрены многослойные покрытия из наноразмерных слоёв металл-диэлектрик-полупроводник, расположенных на прозрачной подложке, описываемые на основе модели Друде-Лоренца и представляющие собой многополосные фильтры - экраны для различных диапазонов. Исследуются структуры с несколькими слоями и квазипериодические структуры. Предложен метод приближённого синтеза по полосам заграждения для структур типа два слоя в периоде и три слоя в периоде. Для трёх слоёв различие в плазменных частотах позволяет расширить полосу. Показано, что полупроводниковые слои из узкозонных материалов типа InSb перспективны для структур ТГц-диапазона с возможностью подстройки диапазонов путём легирования.
Бесплатно
Оптический дифференциатор на основе трехслойной металлодиэлектрической структуры
Статья научная
Рассмотрены оптические свойства резонансной структуры «металл-диэлектрик-металл», состоящей из верхнего металлического слоя, диэлектрического слоя и металлической подложки. С использованием модели многолучевой интерференции доказано, что коэффициент отражения указанной структуры может строго обращаться в нуль. Наличие нуля отражения позволяет использовать «металл-диэлектрик-металл»-структуру в качестве оптического дифференциатора. Приведенные результаты численного моделирования демонстрируют возможность оптического вычисления производной по пространственной координате и во времени. Полученные результаты могут найти применение при создании систем аналоговых оптических вычислений и оптической обработки информации.
Бесплатно
Оптический захват диэлектрического цилиндра вблизи фокуса разных световых пучков
Статья научная
Проведено численное сравнительное исследование возможности оптического захвата диэлектрического микроцилиндра с круглым или эллиптическим сечением, диаметр которого сравним с длиной волны света, при помещении его вблизи перетяжки непараксиального Гауссова пучка или в фокальную область «остро» сфокусированного Гауссова пучка и плоской волны (отношение диаметра линзы к фокусному расстоянию варьировалось от 0,85 до 1,27).
Бесплатно
Оптический захват и перемещение микрочастиц с помощью асимметричных пучков Бесселя-Гаусса
Статья научная
Исследуется оптический захват, вращение и перемещение полистироловых микрошариков диаметром 5 мкм в лазерных асимметричных пучках Бесселя-Гаусса в виде полумесяца, которые обладают орбитальным угловым моментом. Эти пучки были сформированы с помощью жидкокристаллического микродисплея и сфокусированы микрообъективом с числовой апертурой 0,85. Экспериментально показано, что при постоянном значении топологического заряда пучка с ростом степени асимметрии пучка почти линейно растёт скорость движения микрочастиц. Это подтверждает линейную зависимость орбитального углового момента лазерного пучка от степени его асимметрии. Пучки в виде полумесяца можно использовать для уменьшения теплового воздействия при оптическом манипулировании биологическими объектами.
Бесплатно
Оптический захват микрочастиц в специальных ловушках
Статья научная
Показано, что с помощью полых кольцевых световых пучков (световых «бутылок») можно захватывать прозрачные микрообъекты сферической формы, согласованные по радиусу с радиусом пучка. Описана серия экспериментов по захвату прозрачных микрообъектов в массивах световых «бутылок». Введён критерий сравнения для эффективности оптического захвата. Представлены результаты эксперимента по захвату непрозрачных сферических микрочастиц в двойной световой «бутылке».
Бесплатно
Оптический контроль сеточных имплантатов
Статья научная
Произведён комплексный анализ сеточных имплантатов с использованием методов конфокальной лазерной микроскопии, дифференциального обратного рассеяния и оптической когерентной томографии (ОКТ). На основе модельных экспериментов установлены границы применимости метода дифференциального обратного рассеяния для мониторинга состояния имплантата и прилегающих к нему тканей. Показана возможность обнаружения оптических неоднородностей, связанных с патологическими изменениями тканей вблизи поверхности волокон имплантата. Продемонстрирована применимость ОКТ для контроля сеточных имплантатов. Предложен алгоритм обработки ОКТ изображений на основе эмпирической модовой декомпозиции (Empirical Mode Decomposition, EMD). Установлено, что метод EMD позволяет значительно улучшить визуальное качество изображения, что делает возможным использование ОКТ для непосредственного контроля имплантатов и локализации неоднородностей.
Бесплатно
Оптический модулятор на основе связанных фотонно-кристаллических резонаторов
Статья научная
В работе предложен и численно исследован модулятор оптического сигнала на основе двух связанных фотонно-кристаллических резонаторов. Исследована зависимость спектрального диапазона переключения от уровня энергии переключения. Рассмотрены возможности использования оптической или электрической накачки. Продемонстрирована высокая устойчивость предложенного устройства к погрешностям изготовления связанных резонаторов. Показано, что предложенная модель модулятора позволяет реализовать модуляцию в области малой интенсивности резонансной моды. Рассчитан компактный оптический модулятор на основе фотонно-кристаллического волновода.
Бесплатно
Оптический нанорезонатор в пересечении гребенчатых фотоннокристаллических волноводов
Статья научная
Предложена и численно исследована новая структура оптических резонаторов в пересечении гребенчатых фотоннокристаллических волноводов. Исследованы свойства симметрии возбуждаемых резонансных мод ТЕ-поляризации. Установлено, что резонансная мода обладает одной осью симметрии в цилиндрическом резонаторе и двумя осями симметрии в кольцевом резонаторе. Показано, что резонансная мода с двумя осями симметрии позволяет реализовать эффективный оптический резонатор в пересечении гребенчатых фотоннокристаллических волноводов. Исследованы способы оптимизации предложенных резонаторов. Во-первых, рассмотрена оптимизация с помощью введения дополнительной щели в область резонатора. Во-вторых, исследованы возможности нелинейных материалов с различным индексом рефракции. Рассчитанные резонаторы имеют добротность около 104 и малый модовый объём.
Бесплатно
Статья научная
Разработаны оригинальные алгоритм и компьютерная программа для расчета двумерной упругой деформации ЖК в электрическом поле. Методом компьютерного моделирования выполнено исследование двумерной упругой деформации ЖК в электрическом поле в зависимости от физических и конструктивных параметров ЖК-ячейки. Показано наличие различных областей деформации ЖК в случае двумерной деформации и выяснено влияние на размер этих областей физических и конструктивных параметров ЖК-ячейки. Показано, что наибольшее влияние на размер областей двумерной деформации ЖК оказывает отношение величины электрода к величине толщины ЖК-слоя. Наибольшее влияние из физических параметров ЖК на его двумерную деформацию оказывает диэлектрическая анизотропия ЖК - материала. Произведена оценка минимального размера отображающего элемента в твист - индикаторе в зависимости от физических и конструктивных параметров.
Бесплатно
Оптический планарный волновод на основе слоистого магнитоактивного метаматериала
Статья научная
Рассмотрены направляющие свойства оптического волновода на основе слоистого метаматериала, образованного слоями намагниченного до насыщения железо-иттриевого граната и алюмо-иттриевого граната. С помощью приближения эффективной среды и решения граничной задачи (электромагнитного метода), а также используя матричный метод 4×4, получены дисперсионные уравнения для волноводных TE- и TM-мод в структуре. Найдены дисперсионные спектры зависимости константы распространения от циклической частоты для разных типов структур, а также коэффициенты локализации ортогональных мод в направляющем слое, и проведен их сравнительный анализ. Показаны преимущества приближенного электромагнитного метода по сравнению с точным матричным методом 4×4. Результаты работы могут найти применение при создании новых интегрально-оптических устройств обработки оптических сигналов на основе слоистого метаматериала.
Бесплатно
Оптический сенсор поляризации на основе металинзы
Статья научная
Рассмотрен оптический микросенсор состояния поляризации лазерного света, основанный на металинзе. В отличие от известных датчиков поляризации, основанных на метаповерхностях, которые разный тип поляризации отклоняют под разными углами к оптической оси, рассмотренный датчик поляризации формирует разные картины в фокусе металинзы для разных состояний поляризации: левая круговая поляризация в фокусе формирует световое кольцо, правая круговая поляризация - круглое фокусное пятно, а линейная поляризация - эллиптическое пятно с двумя боковыми лепестками. Причем угол наклона линейной поляризации соответствует углу наклона эллиптического фокусного пятна. Моделирование согласуется с теоретическими предсказаниями. Металинза диаметром в несколько десятков микрон спроектирована и создана в тонкой пленке аморфного кремния толщиной 120 нм с низким аспектным отношением, высокой числовой апертурой и коротким фокусным расстоянием, равным длине волны 633 нм.
Бесплатно
Оптический способ оценки поверхностных повреждений
Статья научная
Рассмотрен способ и испытательное оборудование для обнаружения поверхностных дефектов в виде царапин, трещин, изменения состояния поверхности детали в результате химического воздействия и абразивного износа с использованием лазерных систем. Построена математическая модель вероятности распознавания дефектов по достижению энергетического соответствия зондирующего сигнала геометрическим параметрам исследуемого участка поверхности. Проведена экспериментальная оценка влияния глубины, угла раскрытия и расположения плоскости симметрии трещины на изменение распределения интенсивности излучения в световом пятне при его поверхностном отражении. Показаны преимущества применения в малогабаритных контрольно-измерительных системах лазерных диодов с квантоворазмерными структурами на основе материалов четверных систем.
Бесплатно
Оптический эффект холла высокого порядка в остром фокусе лазерного излучения
Статья научная
В работе методом Ричардса-Вольфа, описывающим поведение электромагнитного излучения в остром фокусе, показано, что в плоскости фокуса имеет место спиновый и орбитальный эффекты Холла высокого порядка. Показано, что при фокусировке оптического вихря с единичным топологическим зарядом и линейной поляризацией в плоскости фокуса формируются 4 локальных субволновых области, в которых направление продольной проекции спинового углового момента взаимно противоположное. То есть фотоны, попадающие в соседние области в фокусе, имеют разный спин - это спиновый эффект Холла 2-го порядка. Также показано, что при острой фокусировке суперпозиции цилиндрического векторного пучка m -го порядка и нулевого порядка в плоскости острого фокуса формируются 2 m субволновых областей, в которых направление продольной проекции орбитального углового момента взаимно противоположное. То есть фотоны, попадающие в соседние области в фокусе, имеют осевую проекцию орбитального углового момента разного знака - это орбитальный эффект Холла m -го порядка.
Бесплатно
Оптическое выделение контуров пропускающими структурами металл-диэлектрик-металл
Статья научная
Экспериментально исследуется возможность реализации аналогового оптического выделения контуров на изображениях оптических объектов на основе пропускающих слоистых резонансных структур металл-диэлектрик-металл. Исследуемая структура на стеклянной подложке, состоящая из тонких слоёв алюминия, разделённых слоем кварца, характеризуется появлением резонансов в пространственном и частотном спектрах пропускания. В работе исследована возможность применения этих структур для оптического выделения контуров на изображениях объекта в проходящем свете на основе подавления освещающего пучка и усиления излучения, рассеянного на краях объекта. Анализ угловых спектров пропускания структур металл-диэлектрик-металл для расходящихся освещающих пучков показал зависимость направленности преимущественного выделения контуров от наклона структуры. Экспериментально продемонстрированы эффект выделения контуров на изображениях оптических элементов, а также зависимость его направленности от преимущественного направления градиента неоднородностей объекта в случае наклонного расположения структуры. Полученные результаты могут найти применение в системах оптической обработки информации и оптической фильтрации.
Бесплатно
