Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2572
Статья научная
В данной работе проведено исследование особенностей фокусировки супер-Гауссова пучка, а также мод Лагерра-супер-Гаусса (1,0) с радиальной и круговой поляризациями на кольцевых решетках с переменной высотой колец рельефа. Рассматривалось изменение высоты рельефа от максимальной высоты в центре до минимальной на краях элемента (прямая кольцевая решетка) и обратный случай, когда максимум высоты рельефа был на краях и минимум в центре (обратная кольцевая решетка). Сравнение осуществлялось с действием дифракционного аксикона с сопоставимым периодом решетки. Численное моделирование осуществлялось методом конечных разностей во временной области. Было показано, что изменение высоты колец рельефа элементов существенным образом влияет на дифракционную картину в ближней зоне. В частности, для супер-Гауссова пучка использование прямой кольцевой решетки позволило уменьшить размер фокального пятна на 18,7 % для радиальной поляризации (σ = 5 мкм), использование обратной кольцевой решетки привело к уменьшению фокального пятна на 36,9 % (σ = 12,25 мкм) по сравнению с действием дифракционного аксикона. Также в работе было показано, что при освещении обратной кольцевой решетки модой Лагерра-супер-Гаусса (1,0) с круговой поляризацией наблюдается формирование узкой и протяженной области пониженной интенсивности на оптической оси (оптической ловушки).
Бесплатно
Особенности эффекта Доплера в многомодовом волноводе
Статья научная
В работе рассмотрена особенность эффекта Доплера при отражении волн от подвижного слоя диэлектрика в многомодовых волноводах для основной и высших типов волн. Получены расчётные соотношения для нахождения частот различных мод отражённых и прошедших через слой подвижного диэлектрика волн. Установлено, что с увеличением индекса мод зависимость частоты отражённых волн от скорости движения слоя диэлектрика уменьшается, а для прошедших волн, наоборот, возрастает. Взаимодействие волны с неоднородным подвижным слоем приводит к возбуждению высших мод отражённых и прошедших волн таким образом, что каждой моде соответствуют различные частотные сдвиги (мультичастотный эффект Доплера).
Бесплатно
Острая фокусировка лазерного излучения с помощью двухзонного аксиального микроэлемента
Статья научная
Аналитически и численно показано, что оптический микроэлемент, состоящий всего из двух соосных кольцевых зон, можно использовать для острой фокусировки лазерного излучения, если радиус центральной зоны порядка длины волны. Численные расчёты, выполненные в приближении тонкого элемента с использованием метода разложения по плоским волнам, показывают согласование с аналитическими оценками. Также качественное согласование показано на основе конечно-разностного временного метода с учётом трёхмерной структуры элемента. Определены характеристики и особенности дифракции на рассматриваемом элементе гауссова пучка с линейной и круговой поляризацией.
Бесплатно
Острая фокусировка линейно-поляризованного асимметричного лазерного пучка Бесселя
Статья научная
Исследована острая фокусировка линейно-поляризованного лазерного асимметричного пучка Бесселя с топологическим зарядом 3, имеющего в поперечном сечении распределение интенсивности в виде полумесяца. Показано с помощью формул Дебая, что в фокусе апланатического объектива (числовая апертура NA = 0,9) формируется распределение интенсивности также в виде полумесяца. С помощью разностного решения уравнений Максвелла показано, что в фокусе бинарной зонной пластинки с NA = 0,995 также формируется полумесяц. Асимметричный пучок Бесселя был сформирован с помощью жидкокристаллического микродисплея и сфокусирован с помощью иммерсионного микрообъектива с NA = 1,25. В плоскости фокуса также формировался полумесяц.
Бесплатно
Острая фокусировка оптического вихря гибридной поляризации
Статья научная
В данной работе с помощью формализма Ричардса–Вольфа рассматривается острая фокусировка оптических вихрей с гибридной поляризацией, которая сочетает в себе свойства азимутальной и круговой поляризаций. Показано, что данные пучки обладают рядом уникальных свойств: интенсивность в таких пучках вращается при удалении от фокусного пятна, а продольная компонента спинового углового момента имеет асимметричный вид.
Бесплатно
Острая фокусировка оптического вихря с посекторно азимутальной поляризацией
Статья научная
В данной статье численно рассмотрена острая фокусировка оптического вихря с посекторной азимутальной поляризацией (длина волны 532 нм) зонной пластинкой Френеля с числовой апертурой NA = 0,95. Численно показано, что при фокусировке пучка с секторностью 6 результаты фокусировки практически не отличаются от фокусировки идеального азимутально-поляризованного оптического вихря - расхождение в размерах фокального пятна по полуспаду интенсивности, вызванное асимметрией, не превышает 0,001 от длины волны света.
Бесплатно
Статья научная
В работе теоретически и численно рассмотрена острая фокусировка лазерного пучка, у которого распределение поляризации в начальной плоскости представляет собой суперпозицию цилиндрического векторного пучка порядка m и однородной линейной поляризации. Хотя в начальной плоскости у такого пучка нет спинового углового момента и третья проекция вектора Стокса равна нулю, в плоскости фокуса формируются субволновые локальные области, в которых при нечетном номере m имеет место поперечный вихревой поток энергии и третья проекция Стокса (продольная компонента спинового углового момента) отлична от нуля. То есть в фокусе у такого пучка при нечетном m будут области с эллиптической или круговой поляризацией с чередующимися направлениями вращения (по часовой и против часовой стрелки). При четном m в фокусе поле имеет линейную поляризацию в каждой точке и не имеет поперечного потока энергии.
Бесплатно
Острая фокусировка пучков с V-точками поляризационной сингулярности
Статья научная
В работе теоретически и численно показано, что векторное световое поле n -го порядка с центральной V-точкой, в которой направление линейной поляризации не определено, и с индексом поляризационной сингулярности n , которое имеет вид «цветка» с 2 ( n -1) лепестками, при острой фокусировке формирует поперечное распределение интенсивности с 2 ( n -1) локальными максимумами. А векторное световое поле с индексом поляризационной сингулярности - n , которое имеет вид «паутины» с 2 ( n +1) ячейками, при острой фокусировке формирует в плоскости фокуса поперечное распределение интенсивности с 2 ( n +1) локальными максимумами. В фокусе в нулях интенсивности формируются либо 2 ( n -1), либо 2 ( n +1) V-точек с чередующимися индексами +1 и -1.
Бесплатно
Острая фокусировка света планарной градиентной микролинзой
Статья научная
Численно показано, что с помощью планарной градиентной микролинзы можно сфокусировать когерентное излучение в узкую полосу шириной λ/38 и длиной λ/5,5. При этом эффективность фокусировки составляет 22 %. Выполненная в виде фотонного кристалла линза сохраняет свойства острой фокусировки света в щели. В этом случае наблюдалось уменьшение боковых лепестков вокруг фокусного пятна, и эффективность фокусировки возросла до 30,2 %.
Бесплатно
Острая фокусировка света радиальной поляризации с помощью микролинз
Статья научная
На основе разработанного радиального FDTD-метода численно показано, что сверхразрешения можно достичь при фокусировке лазерного излучения с радиальной поляризацией цилиндрической градиентной микролинзой Микаэляна и коническим микроаксиконом. Площади фокальных пятен в этих случаях по полуспаду интенсивности равны соответственно 0,152λ2 и 0,096λ2. Эти площади меньше, чем полученные экспериментально на сегодняшний день с помощью микрообъектива - 0,160λ2, параболического зеркала - 0,134λ2 и минимальная площадь, предсказанная теоретически - 0,101λ2, и тем более меньше дифракционного предела (площади диска Эйри) - 0,204λ2.
Бесплатно
Острая фокусировка светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностью произвольного порядка
Статья научная
С помощью формализма Ричардса-Вольфа получены общие формулы для проекций векторов напряженности электрического и магнитного полей вблизи острого фокуса оптического вихря с топологическим зарядом m и азимутальной поляризацией порядка n . Получены простые следствия из этих формул при разных значениях чисел m и n . При условии m = n >1 на оптической оси будет отличная от нуля интенсивность, такая же, как при фокусировке светового поля без вихря и с круговой поляризацией. А при условии n = m +2 вблизи оптической оси в плоскости фокуса будет иметь место обратный поток световой энергии. Полученные формулы можно использовать как для моделирования острой фокусировки оптических полей с двойной сингулярностью (фазовой и поляризационной), так и для теоретического анализа распределений интенсивности и вектора Пойнтинга в фокусе.
Бесплатно
Острая фокусировка смешанного линейно-радиально поляризованного света бинарной микролинзой
Статья научная
С помощью бинарной микролинзы в резисте диаметром 14 мкм и фокусом 532 нм (числовая апертура 0,997) лазерный пучок с длиной волны 633 нм со смешанной линейно-радиальной поляризацией, сформированной при отражении линейно-поляризованного Гауссова пучка от четырёхзонного субволнового бинарного дифракционного оптического микроэлемента (микрополяризатора) с золотым покрытием и размером 100×100 мкм, был сфокусирован вблизи поверхности микролинзы в почти круглое фокусное пятно с размерами по полуспаду интенсивности 0,37±0,02 и 0,39±0,02 от длины волны. В случае фокусировки линейно-поляризованного света (при прочих равных условиях) формировалось эллиптическое фокусное пятно с размерами 0,35±0,02 и 0,41±0,02 от длины волны. При этом площади обоих фокусных пятен равны 0,113 от квадрата длины волны. Субволновая фокусировка с помощью двух компонент микрооптики (бинарных микролинзы и микрополяризатора) осуществлена впервые.
Бесплатно
Отбор признаков для задачи диагностики остеопороза по рентгеновским изображениям шейки бедра
Статья научная
В работе анализируется информативность нескольких признаков текстуры рентгеновских изображений костной ткани для компьютерной диагностики остеопороза. Описываются четыре эвристических признака, также рассматривается тринадцать согласованных квадратичных признаков, описанных ранее. Решается задача выбора минимального набора из этих признаков, достаточного для линейной разделимости векторов признаков из обучающей выборки в соответствующем признаковом пространстве. В ходе вычислительных экспериментов установлено, что этому условию удовлетворяет набор из четырёх эвристических признаков, а также набор из трёх квадратичных признаков и одного из эвристических признаков.
Бесплатно
Отражательные дифракционные элементы с блеском как многоканальные осветители
Статья научная
Описан итеративный градиентный метод расчета отражательного дифракционного элемента с блеском (с пилообразным рельефом), который формирует заданное угловое распределение. Метод использует приближение Кирхгофа и применим для поверхностей с конечной проводимостью. Показано, что элементы с блеском удобны для получения бинарного рельефа.
Бесплатно
Статья научная
Рассчитан и изготовлен четырёхзонный субволновый бинарный дифракционный оптический микроэлемент (размером 100×100 мкм) для преобразования поляризации из линейной в радиальную. Период решёток равен 400 нм, и высота субволнового микрорельефа в плёнке золота для длины волны света 633 нм составила всего 110 нм. Моделирование FDTD-методом и с помощью интеграла Релея-Зоммерфельда показало, что, несмотря на наличие всего четырёх зон, поворачивающих поляризацию падающего пучка на четыре различных угла, в дальней зоне формируется радиально-поляризованный пучок с гладким изменением поляризации по его окружности. Экспериментально показано, что в ближней зоне в зависимости от направления оси поляризатора на выходе светлыми оказываются две зоны 4-зонного микроэлемента по одной или по другой диагонали, что доказывает наличие радиальной поляризации в отражённом пучке.
Бесплатно
Отслеживание дорожных знаков в видеопоследовательности с использованием скорости автомобиля
Статья научная
В статье предлагается эффективный алгоритм для обнаружения дорожных знаков в видео, полученного с помощью камеры, установленной в автомобиле. Обнаружение и классификация дорожных знаков реализованы с использованием CUDA и работают в режиме реального времени. Скорость автомобиля используется для прогнозирования положения дорожных знаков в соседних кадрах в видеопоследовательности. Использование такого отслеживания дорожных знаков повышает надёжность работы системы. Экспериментальные результаты подтвердили высокую эффективность разработанной системы обнаружения дорожных знаков.
Бесплатно
Статья научная
На примере сосудистой системы изображения сердца рассматривается класс изображений, содержащих ветви сетчатых и древовидных трёхмерных структур. Описывается один из методов получения 3-х мерных координат точек сканирования сосуда сердца по результатам обработки двух проекций изображения. Предлагается набор основных геометрических характеристик, описывающих объекты двухмерных и трёхмерных структур. Приводятся методы расчета предложенных параметров, а также алгоритмы оценивания признаков сосуда с учётом трёхмерности исходного участка в задаче анализа изображений сердца.
Бесплатно
Оценивание геометрических параметров области диска зрительного нерва на изображениях глазного дна
Статья научная
В работе рассматриваются методы оценивания геометрических параметров сосудов на крае диска зрительного нерва. Предлагается использовать метод локального веерного преобразования для оценивания параметров толщины. На основе анализа полярной развертки профиля функции яркости вдоль контура описывающего край диска производится поиск направлений сосудов. Проведенные экспериментальные исследования показали, что для оценивания направлений сосудов на краю диска зрительного нерва при сравнении с использованием метода локального веерного преобразования новый метод дает меньшую ошибку оценивания.
Бесплатно
Оценивание геометрических признаков пространственной структуры кровеносных сосудов
Статья научная
Представлены методы и алгоритмы оценки геометрических признаков двумерных и трёхмерных древовидных структур. Основными областями применения методов являются биомедицинские задачи, связанные с анализом и измерением системных сосудистых особенностей сетчатки глаза и сердца. Представлены экспериментальные исследования устойчивости методов оценивания к шумам различной природы и возможности кластеризации выборки сосудов.
Бесплатно
