Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2572
Статья научная
Проведён теоретический анализ динамики пространственного спектра объектной волны при вырожденном четырёхволновом взаимодействии в прозрачном растворе наночастиц в классической схеме со встречными волнами накачки. Показано, что при распространении волн накачки ортогонально силе тяжести в модуле пространственного спектра объектной волны возникает провал, полуширина которого с течением времени немонотонно уменьшается, а с ростом радиуса наночастиц увеличивается в направлении силы тяжести. Существует оптимальное время, за которое полуширина провала в направлении силы тяжести достигает наименьшего значения. Это время монотонно убывает с ростом радиуса наночастиц, а также с уменьшением толщины раствора.
Бесплатно
Пространственное интегрирование оптических пучков с использованием многослойных брэгговских структур
Статья научная
Рассмотрена дифракция двумерного оптического пучка на многослойной брэгговской структуре. Показано, что брэгговская решётка с дефектом позволяет выполнить операцию пространственного интегрирования двумерного профиля падающего пучка с центральной пространственной частотой, близкой к константе распространения квазиволноводной моды дефектного слоя. Пространственное интегрирование осуществляется в пропускании с экспоненциальной весовой функцией, скорость затухания которой определяется величиной добротности резонанса. Результаты электромагнитного моделирования показывают хорошее соответствие численных результатов приведённому теоретическому описанию.
Бесплатно
Статья научная
С использованием функции временного отклика, функции размытия точки проанализированы пространственные и временные характеристики вырожденного четырехволнового преобразователя в многомодовом волноводе с резонансной нелинейностью. Для четырехволнового преобразователя при условии одномодовых с равными номерами мод волнами накачки получены зависимости ширины временного отклика от номера моды объектной волны, интенсивности первой волны накачки, длины волновода. Показано, что наибольший вклад в амплитуду объектной волны обусловлен модой волновода, номер которой совпадает с номерами мод одномодовых волн накачки. Для стационарного режима учет пространственной структуры гауссовой волны накачки приводит с уменьшением ширины пучка накачки к монотонному уменьшению с последующим выходом на постоянное значение полуширины модуля функции размытия точки. При одномодовых волнах накачки с равными номерами мод с увеличением номера моды волн накачки наблюдается перераспределение энергии, сосредоточенной в побочных максимумах изображения точечного сигнала, улучшение качества обращения волнового фронта.
Бесплатно
Пространственный спектр (дифракционное гало) Фурье-спеклограммы рассеивающего объекта
Статья научная
Представлена феноменологическая теория пространственного спектра (дифракционного гало) фурье-спеклограммы рассеивающего объекта. Показано, что распределение средней интенсивности поля в дифракционном гало определяется функцией автокорреляции распределения средней интенсивности по поверхности объекта, включая влияние формы апертуры объекта. Результаты натурных экспериментов и численного моделирования подтверждают справедливость предложенной теории формирования дифракционного гало.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается эффект уменьшения модуля пространственного спектра сигнала когерентности на высоких пространственных частотах при оптической дефокусировке изображения объекта в цифровой голографической микроскопии на пропускание с квазимонохроматическим частично пространственно когерентным освещением. Представлено теоретическое описание эффекта и результаты численного моделирования его проявления для точечного рассеивающего объекта. Проведено экспериментальное исследование эффекта в лазерном частично пространственно когерентном излучении, формируемом с использованием движущегося рассеивателя, для объекта в виде слоя квазиточечных рассеивателей. Представлено сравнение результатов эксперимента с результатами численного моделирования, выполненного на основании теории, и показана высокая степень сходства экспериментальных результатов с теоретическими.
Бесплатно
Процедура корректировки фазовой функции фокусатора по результатам вычислительного эксперимента
Статья научная
В приближении Френеля-Кирхгофа исследуется распределение света в фокальной области фокусатора в тонкий продольный отрезок на оптической оси. Для улучшения равномерности распределения интенсивности вдоль отрезка фокусировки предлагается итерационная процедура коррекции фазовой функции фокусатора. Приводятся результаты вычислительного эксперимента с исходным и скорректированным оптическими элементами.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено влияние ширины углового спектра освещающего объект полихроматического поля на цвет интерференционного изображения в оптической микроскопии слоистых микроструктур. Получены выражения для интенсивности интерференционного изображения однослойного объекта с учётом частотного и углового спектров освещающего поля. Показано влияние ширины углового спектра освещающего поля на взаимную когерентность и разность фаз интерферирующих волн. Приводятся результаты компьютерного моделирования формирования интерференционных изображений тонкого слоя при квазимонохроматическом и полихроматическом освещающем поле с различной шириной углового спектра. Проведён количественный анализ влияния угловой апертуры поля белого света на цвета формируемого интерференционного изображения. Экспериментально исследованы изменения интерференционных цветов изображения слоя в оптическом микроскопе при изменении ширины углового спектра освещающего поля, и проведено сравнение изменений цветов изображений, получаемых экспериментально и теоретически.
Бесплатно
Статья научная
В статье показано, что модель астигматического структурированного пучка, полученная ABCD матричным методом, оказывается более простой и наглядной по сравнению с подходом на основе интегральных преобразований (статья Воляр, А.В. Управление гигантскими всплесками орбитального углового момента структурированных Лагерр–Гауссовых пучков в среде с общим астигматизмом / А.В. Воляр, Е.Г. Абрамочкин, М.В. Брецько, С.И. Халилов, Я.Е. Акимова // Компьютерная оптика. – 2024. – Т. 48, № 1. – С. 35-46. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1395). Мы детально изучили физические механизмы формирования экстремальных значений орбитального углового момента после цилиндрической линзы при общем астигматизме. Исследования спектра мод структурированного пучка позволили разработать новый метод измерения общего в структурированном пучке, основанный на единственном измерении перекрестного момента интенсивности при компьютерной обработке картины интенсивности. Показано, что в основе таких упрощенных измерений лежит вырождение недиагональных элементов W и M субматриц, что снижает число дополнительных степеней свободы структурированного пучка с десяти до семи.
Бесплатно
Прямое измерение орбитальных параметров Стокса
Статья научная
В основе метода прямого измерения орбитальных параметров Стокса лежит аналогия со стандартным подходом к измерению поляризационных параметров Стокса структурированных пучков. В качестве четвертьволновой пластинки выступает цилиндрическая линза, а действие поляризатора ассоциируется с действием матричного оператора моментов интенсивности P второго порядка на картину интенсивности структурированного пучка, снятую перед цилиндрической линзой и в плоскости двойного фокуса. Использовались физически измеряемые элементы симплектической 4D-матрицы P, а именно, элементы 2D-субматрицы . Процесс измерений предполагает только два снимка распределения интенсивности, компьютерная обработка которых позволяет вычислить шесть ключевых компонент искомых параметров. Вычисление первых двух орбитальных параметров Стокса S1 и S2 предполагает компьютерную обработку первого снимка картины интенсивности перед цилиндрической линзой. Третий орбитальный параметр Стокса S3 вычисляется при компьютерной обработке второго снимка картины интенсивности в плоскости двойного фокуса как разность недиагональных элементов субматрицы W в направлениях ϕ1=π/4 и –ϕ1=π/4. Основанием к такому выбору подхода к измерению параметра S3 является обнаруженный нами принцип взаимности между орбитальным угловым моментом исследуемого пучка и недиагональными элементами Wxy в плоскости двойного фокуса цилиндрической линзы. Полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с компьютерным моделированием, а также с результатами других авторов.
Бесплатно
Прямой алгоритм проверки изоморфизма графов
Статья научная
Предлагается алгоритм решения задачи проверки изоморфизма графов. Алгоритм является прямым, в том смысле, что он не является модификацией схемы рекурсии с возвратом, на основе которой построены наиболее эффективные алгоритмы решения задачи. Решение задачи находится за число итераций алгоритма, не превышающее число вершин в графах. Показывается, что алгоритм является полиномиальным по числу используемых элементарных машинных операций и по используемой памяти. Исследуется класс графов, на котором алгоритм дает решение задачи.
Бесплатно
Пучки Лагерра-Гаусса с комплексным смещением в декартовых координатах
Статья научная
Рассмотрено обобщение семейства лазерных мод Лагерра-Гаусса с асимметричным распределением интенсивности. При распространении асимметричного пучка Лагерра-Гаусса в однородном пространстве уменьшается асимметрия главного (центрального) светового кольца и повышается контраст остальных колец. Число световых колец совпадает с числом колец стандартной (симметричной) моды Лагерра-Гаусса. С помощью разложения в угловой спектр плоских волн аналитически рассчитана мощность асимметричных пучков Лагерра-Гаусса и проекция их орбитального углового момента на оптическую ось. Установлено, что нормированный орбитальный угловой момент (орбитальный угловой момент на фотон) полностью определяется топологическим зарядом и отношением смещений к радиусу перетяжки Гауссова пучка. Получены условия, при которых нормированный орбитальный угловой момент совпадает с топологическим зарядом (как у оптических вихрей).
Бесплатно
Пучки Пирси с орбитальным угловым моментом
Статья научная
Получено новое решение параксиального уравнения Гельмгольца, описывающее двухпараметрическое семейство структурно-устойчивых трёхмерных вихревых кольцевых пучков Пирси, комплексная амплитуда которых выражается через вырожденную гипергеометрическую функцию. Вихревые пучки Пирси обладают орбитальным угловым моментом и свойством автофокусировки и распространяются до фокуса по ускоряющейся траектории, когда кольцо интенсивности пучка «резко» уменьшается в диаметре. Получено явное выражение для комплексной амплитуды вихревых кольцевых пучков Пирси-Гаусса, которые также обладают свойством автофокусироки.
Бесплатно
Пучки Фурье-Бесселя с конечной энергией
Статья научная
В данной работе рассматривается новый вид пучков Бесселя, обладающих свойством Фурье-инвариантности и поэтому названных пучками Фурье-Бесселя. Данные пучки в отличие от известных пучков Бесселя имеют слабые боковые лепестки. Получены аналитические выражения для комплексной амплитуды поля в начальной плоскости и дальней зоне. Данные пучки обладают конечной энергией, хотя у них нет Гауссовой огибающей. В исходной плоскости и в зоне Фраунгофера их комплексная амплитуда пропорциональна функции Бесселя дробного порядка (нечетное целое число, деленное на 6). По сравнению с модами Лагерра-Гаусса с нулевым радиальным индексом, такие пучки имеют меньшее внутреннее темное пятно. Такие пучки могут генерироваться пространственным модулятором света и применяться в телекоммуникациях, интерферометрии и при захвате металлических частиц.
Бесплатно
Пучки только с поперечной интенсивностью в фокусе
Статья научная
В данной работе численно с помощью формул Ричардса-Вольфа была промоделирована острая фокусировка векторных пучков с азимутальной поляризацией и пучков с V-линией неопределённости поляризации. Было продемонстрировано, что в остром фокусе для этих пучков отсутствует продольная составляющая напряженности электрического поля. Ранее подобный эффект демонстрировался только для азимутально-поляризованных пучков. Была рассчитана продольная составляющая спинового углового момента для этих пучков и показана возможность создания секторных азимутально-поляризованных пучков с помощью векторных волновых пластинок.
Бесплатно
Развитие алгоритмов вычисления оптического потока в задаче оценки деформации твёрдых тел
Статья научная
В работе рассматривается развитие алгоритмов вычисления оптического потока в задаче измерения деформации, направленное на снижение вычислительных затрат алгоритмов и повышения их помехоустойчивости. Предложены модификации алгоритмов, основанные на инкрементном подходе к оценке перемещения участков на серии изображений, а также использовании подхода трёхмерного рекурсивного поиска (3DRS). Проведено исследование помехоустойчивости и быстродействия алгоритмов, и показано преимущество предложенных модификаций.
Бесплатно
Различимость импульсов частично когерентного излучения в нелинейном оптическом канале
Статья научная
Рассмотрен волоконно-оптический канал, передача по которому осуществляется в нелинейных режимах, близких к солитонному, и обеспечивающих компенсацию дисперсионного расширения импульсных сигналов за счет самомодуляции. Задача различения импульсов частично когерентного излучения, распространяющихся от флуктуирующего лазерного источника, поставлена как задача проверки статистических гипотез о параметрах случайного сигнала на выходе канала применительно к его модели в форме нелинейного уравнения Шредингера. Синтезирован оптимальный по критерию минимума средней вероятности ошибки алгоритм различения и рассмотрены некоторые просто реализуемые приближения к нему. На основе аналитического расчета и моделирования на ЭВМ получены оценки вероятностей ошибок различения в зависимости от дальности и скорости передачи для различных значений параметров излучения, сигналов и световода, которые могут быть использованы при разработке солитонных систем оптической связи.
Бесплатно
Разложение Карунена-Лоэва при экспоненциально-косинусной корреляционной функции
Статья научная
Рассмотрено аналитическое нахождение непрерывных базисных функций Карунена-Лоэва для экспоненциально-косинусной корреляционной функции. Данная задача особенно актуальна при оптической реализации выделения некоррелированных коэффициентов. Интегральное уравнение сведено к системе из двух трансцендентных уравнений. Рассмотрен пример аналитического построения разложения Карунена-Лоэва для изображения в виде портрета.
Бесплатно
Разложение когерентного поля по ортогональному базису
Статья научная
Показывается возможность получения оптическим методом комплексных коэффициентов разложения когерентного светового поля по произвольному базису ортогональных функций, для чего требуется пропустить поле через некий пространственный фильтр и измерить интенсивность света в определенных точках частотной плоскости.
Бесплатно
Разновидность Фурье-инвариантных гауссовых пучков
Статья научная
Найдено двухпараметрическое семейство астигматических эллиптических Гауссовых (АЭГ) оптических вихрей, которые являются модами свободного пространства с точностью до изменения масштаба и поворота. Рассчитан полный нормированный орбитальный угловой момент астигматических эллиптических Гауссовых вихрей, который может быть целым, дробным и нулевым и который равен алгебраической сумме двух слагаемых, отражающих вклад вихревой и астигматической составляющих светового поля. В любой поперечной плоскости такой пучок представляет собой изолированный n -кратно вырожденный ноль интенсивности на оптической оси (оптический вихрь), внедрённый в эллиптический Гауссов пучок, и имеет, наряду с квадратичной эллиптической фазой, фазу цилиндрической линзы, повернутой на угол 45 градусов по отношению к главным осям эллипса интенсивности Гауссова пучка.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена развитию методики построения векторных алгоритмов для разностного решения на графических процессорах задачи дифракции. Применение подхода, основанного на повторном использовании попарных сумм дифференциального шаблона, при решении уравнения Даламбера позволило до трёх раз сократить длительность вычислений по сравнению с известными алгоритмами.
Бесплатно
