Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Алгоритм расчёта ДОЭ для формирования заданной конфигурации световых ловушек
Scientific article
Предложен алгоритм расчёта дифракционных оптических элементов (ДОЭ), формирующих вихревые пучки, с заранее заданным распределением минимумов и максимумов. Рассмотрено несколько модификаций этого алгоритма. Представлен расчёт некоторых конфигураций ловушек для захвата прозрачных и непрозрачных микрообъектов.
Free
Анализ аберраций роговицы человеческого глаза
Scientific article
В данной работе проведен анализ аберраций роговицы человеческого глаза на основе данных, полученных в глазной клинике Бранчевского осенью 2016 года. Анализ выполнен на основе представления аберраций в виде суперпозиции функций Цернике. В результате анализа выделены базисные функции Цернике, наиболее характерные для некоторых патологий глаза.
Free
Анализ аберраций третьего порядка линзы Френеля
Scientific article
В работе представлены выражения для аберраций третьего порядка поверхности Френеля (коэффициенты Зейделя). Формулы получены в виде, позволяющем выполнять анализ аберраций аналитически, на этапе компоновки и предварительного расчета системы из поверхностей как классических, так и Френеля. В дополнение к пяти основным монохроматическим аберрациям Зейделя классических поверхностей и линейной коме, выделяемой для поверхностей типа Френеля, в данной работе описана ещё одна аберрация, называемая квадратичным астигматизмом. Несмотря на то, что полученные выражения являются приближением для области аберраций третьего порядка, то есть аберрации высшего порядка игнорируются, они обеспечивают достаточную точность на практике, что также показано в работе. Полученные выражения можно применять для анализа аберраций в схемах, использующих линзу Френеля, что позволяет определить области рационального использования элементов такого типа.
Free
Scientific article
В работе показано, что введение пропускающих функций, соответствующих волновым аберрациям в виде функций Цернике, в высокоапертурных фокусирующих системах позволя-ет уменьшить поперечный размер фокального пятна ниже дифракционного предела. Причём для линейной поляризации, наиболее распространённой для современных лазеров, вдоль одного направления достигаются лучшие результаты, чем для радиальной поляризации, получение которой требует использования сложных или дорогостоящих устройств. Преодоление дифракционного предела происходит за счёт существенного уменьшения энергии в центральной части фокальной области. Однако существует возможность регистрации световых полей даже очень слабой интенсивности, что обеспечивает перспективность полученных результатов. Для линейной поляризации получено вытянутое фокальное пятно шириной по уровню полуспада интенсивности вдоль оси поляризации FWHM( ) = 0,24lambda, для радиальной поляризации получено круглое пятно диаметром по полуспаду интенсивности FWHM = 0,35lambda и для круговой поляризации FWHM = 0,35lambda. Для азимутальной поляризации наличие вихревой фазовой функции первого порядка позволяет получить в общей интенсивности круглое центральное световое пятно меньше дифракционного предела (FWHM = 0,46lambda) с низким уровнем интенсивности в боковых лепестках. Также рассмотрено уменьшение размеров не только светового пятна, но и теневой области, формируемой световым кольцом очень малого радиуса.
Free
Анализ возможностей ахроматизации оптических систем, состоящих из дифракционных элементов
Scientific article
Приведена методика получения функций распределения пространственной частоты структур дифракционных оптических элементов, обеспечивающих ахроматизацию фокусирующего объектива, состоящего из двух дифракционных элементов. В отличие от известных данная методика позволяет задавать величину минимального периода в структурах элементов и исследовать влияние этой величины на основные параметры объектива, что из-за технологических ограничений на минимальный период особенно важно в случае вакуумного ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Исследованы взаимозависимости основных параметров фокусирующего дифракционного объектива-ахромата в области мягкого рентгеновского излучения. Основные характеристики такого объектива сопоставлены с соответствующими характеристиками одиночной дифракционной линзы.
Free
Анализ динамики захвата клеток в оптической ловушке в приближении геометрической оптики
Scientific article
В данной работе рассмотрены силы, действующие в оптической ловушке на простейшую модель клетки - диэлектрическую микросферу, при её движении в потоке жидкости. Анализ динамики микросферы позволил выявить определяющие возможность захвата параметры: вязкость жидкости и мощность излучения.
Free
Анализ дифракции лазерного излучения на аксиконе с числовой апертурой выше предельной
Scientific article
В работе выполнен теоретический анализ дифракции плоской волны на аксиконе в зоне затухающих волн. Полученные аналитические оценки качественно согласуются с результатами численного моделирования в рамках скалярной непараксиальной волновой модели.
Free
Анализ дифракции плоского пучка на рассеивающем фраксиконе в непараксиальном режиме
Scientific article
В работе выполнен теоретический и численный анализ дифракции плоского пучка на рассеивающем фраксиконе в рамках непараксиальной скалярной модели. На основе интегрирования по частям интеграла Рэлея-Зоммерфельда первого типа и применения к нему модифицированного метода стационарной фазы получено удовлетворяющее граничным условиям выражение для комплексного распределения на оптической оси. Результаты, полученные численным интегрированием, показывают хорошее согласование с аналитическими оценками. На численных примерах показано, что рассеивающий фраксикон позволяет формировать протяжённый осевой световой отрезок диаметром порядка длины волны, более длинный и равномерный, чем обеспечивает линейный аксикон. Ключевые слова: рассеивающий фраксикон, непараксиальный режим, осевой световой отрезок, равномерное осевое распределение интенсивности.
Free
Scientific article
Рассматривается задача дифракции плоской электромагнитной волны на двумерном (цилиндрическом) объекте с поглощением, размеры которого сравнимы с длиной волны. Для приближенного решения этой задачи разработан объединенный метод конечных элементов Галеркина и граничных элементов. Проводится исследование зависимости относительной погрешности объединенного метода на примере моделирования дифракции на диэлектрическом и проводящем цилиндрах.
Free
Scientific article
Исследовано влияние структуры пленки хрома на процессы термохимического окисления, стимулированного лазерным излучением. Приведены результаты численных и натурных экспериментов. Показана возможность записи структур с характерным размером меньше диаметра записывающего лазерного луча.
Free
Анализ квазипериодических и геометрооптических решений задачи фокусировки в продольный отрезок
Article
Free
Анализ осевого распределения при острой фокусировке для различных поляризаций освещающего пучка
Scientific article
В работе проведён анализ осевого распределения остросфокусированного лазерного пучка, представляющего собой суперпозицию вихревых фазовых функций, при различных поляризациях. Получено аналитическое решение для каждой из компонент электрического поля при ограничении падающего пучка кольцевой апертурой произвольной ширины. Также получены приближённые аналитические оценки для осевого распределения в элементарных функциях, позволяющие легко анализировать характер интенсивности вдоль оптической оси. Численно исследовано влияние весовых соотношений суперпозиции вихревых фазовых функций в падающем пучке и типа поляризации на соотношение вклада различных компонент электрического поля в фокальную область на оптической оси.
Free
Scientific article
В данной работе мы детально проанализировали динамику критерия отрицательности, степени совпадения и полной согласованности для модели Тависа–Каммингса, в которой три кубита находятся в общем одномодовом идеальном резонаторе и взаимодействуют резонансно с модой поля посредством многофотонных процессов. Решив нестационарное уравнение Шрёдингера, мы приводим аналитические решения для истинно перепутанных состояний типа Вернера и Гринбергера–Хорна–Цайлингера. Показано, что кратность фотонных переходов может существенно стабилизировать истинно перепутанные состояния обоих типов. Выделены ключевые особенности в поведении динамики параметров перепутывания. Мы приходим к выводу, что критерий отрицательности непригоден для описания динамики перепутывания кубитов в случае трехкубитных состояний Гринбергера–Хорна–Цайлингера. Показаны главные преимущества полной согласованности над критерием отрицательности.
Free
Scientific article
Рассматривается обобщённая модель двухкомпонентной системы реакция-диффузия, учитывающая влияние реальной внешней флуктуирующей среды. Для этой модели предложены методы получения обобщённых уравнений Гинзбурга-Ландау при возникновении неустойчивостей типа мягкой моды и дисперсионного уравнения для усреднённых по ансамблю реализаций амплитуд незатухающих мод. Описана эволюция этой модели в окрестности точки бифуркации Тьюринга. Проведено численное моделирование конкретных систем реакция-диффузия, подтверждающих полученные теоретические выводы.
Free
Scientific article
Разработан, научно обоснован и экспериментально подтверждён метод динамической интерферометрии контроля локальных отклонений нанометрового уровня поверхностей оптических деталей от заданного профиля на основе алгоритма расчёта целевой функции - спектральной плотности одномерной корреляционной функции. Представлены теоретические и экспериментальные исследования, посвящённые определению среднего квадратического отклонения локальных отклонений поверхностей оптических деталей диаметром до 100 мм и до 1000 мм, с учётом неисключённой систематической и случайной составляющих погрешностей определения целевой функции.
Free
Анализ пространственного спектра пучков Эрмита-Гаусса с внедрённым оптическим вихрем
Scientific article
В данной работе детально теоретически исследуется прохождение через линзу пучков Эрмита-Гаусса с внедрённой в них вихревой фазой. Особое внимание уделяется расположению в фокальной плоскости вихревых фазовых особенностей. Получены достаточные условия для нулевого значения интенсивности в центре фокальной плоскости. Численный расчёт подтверждает теоретический анализ.
Free
Анализ рассеивающих свойств кластера наночастиц в металлической плёнке методом дискретных источников
Scientific article
На основе метода дискретных источников разработана и реализована математическая модель оптической антенны, состоящей из кластера наноразмерных частиц, которые располагаются в металлической плёнке на стеклянной подложке. Приведены результаты компьютерного моделирования рассеянной интенсивности, в том числе и в области неизлучающих волн. Показана возможность управления направлением излучения за счёт геометрии кластера.
Free
Scientific article
Проведён анализ свойств симметрии распределения электромагнитного поля в фокальной области при фокусировке излучения с периодической фазовой угловой зависимостью вида sin (m "фи") или cos (m "фи"). На основе такой фазовой зависимости можно описать большинство волновых аберраций. Аналитически показано, что при нечётных значениях m фокальное распределение будет действительной функцией, что обеспечивает простой способ генерации заданных волновых аберраций с помощью бинарных дифракционных оптических элементов. Такая возможность может быть полезна при острой фокусировке, когда наличие определённых волновых аберраций позволяет уменьшить размеры фокального пятна. Численное моделирование подтверждает аналитические выкладки и показывает, что изменение радиальных параметров позволяет менять конфигурацию комплексного фокального распределения, но симметрия в центральной части в основном определяется чётностью m: для чётных m наблюдается симметрия порядка 2m, а для нечётных - m.
Free
Анализ фокусировки гармонической дифракционной линзой с учётом дисперсии показателя преломления
Scientific article
Работа посвящена теоретическому и численному исследованию фокусирующих свойств гармонической линзы с учётом дисперсии показателя преломления. Показано, что гармоническая линза обладает гибридными рефракционно-дифракционными свойствами, что выражается не только в появлении дополнительных локальных фокусов, но и в смещении основных фокусов даже для кратных длин волн. Последний эффект возникает именно из-за дисперсии показателя преломления материала линзы.
Free
Анализ формирования дополнительных дифракционных порядков на оптической оси для бинарных фраксиконов
Scientific article
Рассмотрены бинарные осесимметричные фраксиконы, представляющие собой оптические элементы с различной степенной зависимостью от радиуса (которые также можно назвать обобщёнными линзами). Аналитически и численно исследовано формирование дополнительных осевых дифракционных порядков, связанных с бинаризацией и приводящих к сложным интерференционным распределениям на оптической оси. Показано, что степенная зависимость приводит к различной протяжённости формируемых осевых порядков и, соответственно, к различному характеру интерференционного взаимодействия. В частности, при квадратичной зависимости (линза) дифракционные порядки являются очень компактными, отделены друг от друга и не приводят к интерференции. При линейной зависимости (аксикон), наоборот, дифракционные порядки являются значительно протяжёнными вдоль оптической оси, что приводит к существенной интерференции в областях перекрытия. Вариации степенной зависимости позволяют формировать распределения, промежуточные между этими двумя крайними типами элементов. Это расширяет оптический инструментарий, в том числе востребованный при 3D-мультиплексировании лазерных пучков.
Free
