Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
Представлен анализ влияния освещения с широким временным спектром на свойства расфокусированного интерференционного сигнала и численно сфокусированной визуализации в интерференционной микроскопии. Показано, что отличия во влиянии дефокусировки на различные спектральные компоненты сигнала с широким временным спектром могут приводить к ухудшению изображений расфокусированных частей объекта, несмотря на использование численной фокусировки. Величина этих эффектов зависит от ширины временного спектра, числовой апертуры изображающей системы и величины дефокусировки. Рассмотрено влияние этих эффектов на свойства численно сфокусированной визуализации в оптической когерентной томографии/микроскопии в фурье-области.
Бесплатно
Диаметр светового пятна в ближней зоне бинарного дифракционного микроаксикона
Статья научная
В работе исследовались бинарные аксиконы с периодом 4, 6 и 8 микрометров, изготовленные по технологии фотолитографии с разрешением 1 мкм, глубиной 500 нм и диаметром 4 мм. Экспериментально показано, что в ближней зоне дифракции вдоль оптической оси на расстоянии до 40 мкм от аксикона появляются фокальные пятна с диаметром от 3,5lambda до 4,5lambda (для аксикона с периодом T=4 мкм) и от 5lambda до 8lambda (для аксикона с T=8 мкм), lambda - длина волны света (lambda=0,532 мкм). Причем первый фокус возникает на расстоянии 2 мкм (T=4 мкм), а фокальные пятна появляются с периодом 2 мкм (T=4 мкм) и 4 мкм (T=8 мкм). Проведено моделирование дифракции плоской и расходящейся линейно-поляризованных световых волн с помощью программы FullWAVE (RSoft) и оригинальной программы R-FDTD, реализующих разностные методы решения 3D уравнений Максвелла в декартовой и цилиндрической системах координат. Полученные численные значения диаметров фокальных пятен на оптической оси в ближней зоне дифракции для аксикона с периодом T=4 мкм согласуются с экспериментальными данными.
Бесплатно
Диаметр фокусного пятна для негауссовых пучков с конечной энергией
Статья научная
Аналитически и с помощью моделирования показано, что радиально-симметричные негауссовы параксиальные пучки с конечной энергией позволяют в несколько раз уменьшить диаметр фокусного пятна по сравнению с диаметром фокусного пятна, сформированного соответствующим Гауссовым пучком. Кроме того, рассмотренные негауссовы пучки имеют соотношение неопределённостей, взятое по полуспаду интенсивности пучков, в 4 раза меньше, чем для Гауссова пучка. Моделирование острой фокусировки таких негауссовых пучков с линейной поляризацией также показало возможность уменьшения в 2 раза диаметра фокусного пятна по сравнению с диаметром фокусного пятна соответствующего Гауссова пучка.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты расчёта зеркала с поверхностью свободной формы для формирования постоянной освещённости в прямоугольной области с угловыми размерами 30°×15°. Метод расчёта основан на формулировке задачи расчёта «лучевого отображения» как задачи Монжа - Канторовича о перемещении масс и её сведении к решению линейной задачи о назначениях. Приведены описание процесса изготовления зеркала методом фрезерования и результаты экспериментальных измерений формируемого зеркалом светового распределения. Результаты экспериментальных исследований находятся в хорошем соответствии с результатами численного моделирования и подтверждают «технологичность» использованного метода расчёта.
Бесплатно
Динамика перепутывания атомов с двухфотонными переходами, индуцированного тепловым полем
Статья научная
В настоящей работе мы исследуем атом-атомное перепутывание двух двухуровневых атомов (кубитов), нерезонансно взаимодействующих с тепловым полем одномодового идеального резонатора посредством эффективных вырожденных двухфотонных переходов. На основе точного решения для зависящей от времени матрицы плотности рассматриваемой системы мы вычислили отрицательность как меру перепутывания атомов. Показано, что для сепарабельных начальных состояний атомов включение малой расстройки частот атомов и поля приводит к существенному увеличению максимальной степени перепутывания атомов. Установлено также, что для нерезонансного взаимодействия атома с полем перепутывание, индуцированное нелинейным двухфотонным взаимодействием, меньше перепутывания, вызванного однофотонным взаимодействием, в отличие от модели с резонансным взаимодействием, где имеет место обратный эффект. Для перепутанного начального атомного состояния белловского типа увеличение расстройки приводит к уменьшению амплитуд осцилляций Раби отрицательности, т.е. стабилизации атомного перепутывания. В работе также показано, что включение расстройки приводит к устранению эффекта мгновенной смерти перепутывания.
Бесплатно
Дискретизация математической модели анализа контурных изображений на основе оптики спиральных пучков
Статья научная
В статье в кратком виде излагается математическая модель распознавания контуров объектов интереса на растровом изображении. Более детально раскрывается процесс ее дискретизации в рамках разработки численных методов, которые позволяют реализовать указанную модель на современных средствах вычислительной техники. Приведены явные математические выкладки, пригодные для написания кодов прикладного программного обеспечения, получена оценка вычислительной сложности, подтверждающая возможность достижения производительности режима реального времени. Представлены результаты численного эксперимента по восстановлению спиральных пучков света.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье изучена дисперсия оптических вихрей с топологическим зарядом l ≥1 в скрученных эллиптических волокнах с крутильными механическими напряжениями. На основе спектров вихревых мод скрученных эллиптических волокон со ступенчатым и градиентным профилями установлены аналитические выражения для поляризационного, топологического и гибридного типов дисперсии оптических вихрей. Показано, что в сильно скрученных волокнах с градиентным профилем показателя преломления появляются новые виды дисперсии по сравнению со случаем ступенчатого профиля. Численно исследована зависимость дисперсии оптических вихрей от материальных и геометрических параметров волокна. Установлено, что в скрученных эллиптических волокнах со ступенчатым профилем существует спектральная область, вблизи которой для оптических вихрей с l ≥1 все виды дисперсии принимают околонулевые значения. Также продемонстрировано, что для скрученных эллиптических волокон с градиентным профилем данный режим реализуется для сильно скрученных сильно эллиптических волокон при l =1.
Бесплатно
Статья научная
На основе дифракционных преобразований оптического волнового поля разработана математическая модель формирования спекл-модулированных интерференционных картин и сигналов на выходе спекл-интерферометра, позволяющая выявить их свойства и количественные параметры. Рассматривается спекл-интерферометр по схеме Майкельсона, где вместо зеркал в опорном и предметном плечах используются объекты с рассеивающими поверхностями. Обсуждаются результаты численного моделирования спекл-модулированных интерференционных картин с использованием дифракционных преобразований волновых полей в интерферометре. Рассматриваются смоделированные картины, получаемые на выходе интерферометра при фокусировке лазерных пучков на рассеивающие поверхности контролируемого и опорного объектов. Представлены экспериментальные результаты использования спекл-интерферометра с цифровым матричным фотодетектором для измерения температурных микросмещений объекта с рассеивающей поверхностью и количественное сравнение экспериментальных данных с результатами, получаемыми в численном эксперименте с помощью дифракционной модели спекл-интерферометра.
Бесплатно
Статья научная
Предложен новый метод формирования радиально-поляризованного света, основанный на использовании дифракционного аксикона и стопы Столетова. Показана возможность формирования предложенным методом радиально-поляризованных световых пучков. Экспериментально реализовано формирование радиально-поляризованного светового пучка.
Бесплатно
Дифракционные оптические делители пучка
Статья научная
Формулируя задачу расчета дифракционных оптических делителей пучка как задачу минимизации функции качества, и определяя соответствующим образом эту функцию, нам удалось провести оптимизацию профиля периода дифракционной решётки, осуществляющей деление падающего светового пучка на порядки равной интенсивности вплоть до 42-х порядков, с величиной функции качества менее 10 в степени -24. Экспериментальное исследование изготовленных образцов показало, что разброс в интенсивностях рабочих порядков делителя на 12 пучков составляет 6% при наличии ошибок изготовления, значительных (до 25%) по отношению к ширине канавки, наиболее узкой в периоде решетки.
Бесплатно
Дифракционные оптические элементы в устройствах нанофотоники
Статья научная
В работе рассмотрены элементы и устройства нанофотоники, созданные или промоделированные в ИСОИ РАН: фотонно-кристаллическая линза для сопряжения двух планарных волноводов; бинарный микроаксикон для фокусировки света в ближнем поле; гетероструктура, состоящая из двух дифракционных решеток и магнитного слоя, для поворота плоскости поляризации света; гетероструктура, содержащая дифракционную решетку и магнитный слой, для модуляции интенсивности света с помощью магнитного поля; радиальная бинарная дифракционная решетка с металлической пленкой для фокусировки поверхностных плазмонов и диэлектрическая микролинза над поверхностью металлической пленки для фокусировки поверхностного плазмона.
Бесплатно
Дифракционные оптические элементы для проекционных дисплеев
Статья научная
Показаны пути эффективного использования дифракционных оптических элементов в осветителях и проекционных объективах телевизоров и дисплеев. Описана лучевая методика расчета синглета, равномерно освещающего заданную площадку лазерным пучком.
Бесплатно
Статья научная
Представлены дифракционные оптические элементы для формирования суперпозиции оптических вихрей с разными топологическими зарядами. Представлены результаты математического моделирования дифракции света на таких ДОЭ.
Бесплатно
Дифракционные оптические элементы для формирования цилиндрических пучков различных порядков
Статья научная
В работе предложен метод расчёта фазовой функции субволновых дифракционных оптических элементов на основе дифракционных решёток с варьируемым периодом для формирования векторных пучков с цилиндрической поляризацией произвольного порядка. Получены формулы фазовой функции решётки с учётом вариации периода для повышения эффективности поляризационного преобразования падающего пучка. Полученные поляризационные дифракционные элементы предполагается использовать для повышения помехоустойчивости оптических систем связи.
Бесплатно
Статья научная
На примере разработки двух простых по конструкции двухдиапазонных монофокальных ИК-объективов продемонстрированы подходы к компоновке и расчету их оптических схем в зависимости от того, требуется или не требуется компенсация эффектов воздействия изменения температуры на оптические характеристики этих объективов. Показано, что в случае, когда термокомпенсация не требуется, высокие оптические характеристики могут быть достигнуты у простого триплета, у которого плоская поверхность фронтальной рефракционной линзы несет дифракционную микроструктуру. В случае же пассивной атермализации оптическая схема объектива усложняется и состоит из рефракционных двухлинзовых силового и коррекционного компонентов, в последнем из которых плоская поверхность одной из линз несет дифракционную микроструктуру. Благодаря высокоэффективным дифракционным микроструктурам продольный хроматизм у обоих объективов снижен практически до дифракционного предела, и в совокупности с низким уровнем остаточных монохроматических аберраций при высокой светосиле обеспечивается предельная для используемых в качестве матричных приёмников неохлаждаемых микроболометров разрешающая способность.
Бесплатно
Дифракция Фраунгофера на многоуровневой (квантованной) спиральной фазовой пластинке
Статья научная
Получено аналитическое выражение в виде конечной суммы плоских волн, описывающее параксиальную скалярную дифракцию Фраунгофера ограниченной плоской волны на многоуровневой (квантованной) спиральной фазовой пластинке (СФП). Для нескольких номеров СФП численно получено минимальное количество секторов многоуровневой СФП, при котором среднеквадратичное отклонение картины дифракции Фраунгофера от картины дифракции для непрерывной СФП не превышает 2%.
Бесплатно
Дифракция Френеля и Фраунгофера гауссова пучка с несколькими поляризационными сингулярностями
Статья научная
В световых полях, наряду с фазовыми сингулярностями, существуют поляризационные сингулярности - изолированные нули интенсивности с радиальной, азимутальной или радиально-азимутальной поляризацией вокруг них. В данной работе исследуются Гауссовы пучки с несколькими произвольно расположенными поляризационными сингулярностями. Получено аналитическое выражение для их комплексной амплитуды. Рассмотрен частный случай, когда поляризационные сингулярности расположены в вершинах правильного многоугольника. Если в таком пучке одна или две поляризационные сингулярности, то это точки с радиальной поляризацией. Если четыре поляризационные сингулярности, то имеются также две точки с азимутальной поляризацией. Показано, что при распространении в пространстве поляризационные сингулярности могут появляться лишь в дискретном наборе плоскостей, в отличие от фазовых сингулярностей, которые имеются в любой поперечной плоскости. В случае двух поляризационных сингулярностей обнаружено преобразование их поляризации с радиальной в начальной плоскости в азимутальную в дальней зоне.
Бесплатно
Дифракция в решёточных оптических фильтрах с угловым селективным светопропусканием
Статья научная
Исследовано влияние дифракции на коэффициент направленного светопропускания решёточных оптических фильтров, предназначенных для смарт-окон. Фильтр имеет угловое селективное светопропускание за счёт двух тонкоплёночных решёток, образованных «непропускающими» (поглощающими, отражающими или рассеивающими) параллельными полосами на поверхностях окна с одинарным или двойным остеклением. Приведены методы расчёта оптимального угла наклона двух решёток фильтра, их взаимного расположения на разных поверхностях окна и ширин полос обеих решёток для минимизации светопропускания в конкретную дату и время суток при заданных значениях широты и долготы здания, азимута ориентации окна. Разработан метод расчёта дифракции на входной и выходной решётках фильтра при сложной траектории движения Солнца относительно окна и соответствующем изменении угла падения солнечных лучей на решётки. Для оценки уменьшения коэффициента светопропускания фильтра из-за влияния дифракции в расчётную формулу введён дополнительный сомножитель. Проведены расчёты геометрических параметров фильтров и дифракции. Значения дифракционного сомножителя составляют 0,9999992 и 0,9999998 для окон с одинарным или двойным остеклением соответственно, т. е. влиянием дифракции на светопропускание решёточного фильтра можно пренебречь.
Бесплатно
Дифракция гауссова пучка на обобщённой линзе
Статья научная
Проведён анализ дифракции Гауссова пучка на обобщённой параболической линзе с произвольной степенью в параксиальном приближении на основе метода стационарной фазы. Показано, что этот метод в данном случае соответствует локальной аппроксимации произвольной фазовой функции оптического элемента линейным аксиконом с меняющимся углом наклона. Сравнение дифракции на обобщённой линзе Гауссова пучка и ограниченного плоского пучка показало, что подавление осевых осцилляций интенсивности при гауссовой аподизации приводит в общем случае к сокращению продольной протяжённости фокальной области и уширению размера центрального светового пятна.
Бесплатно
Дифракция гауссового пучка на логарифмическом аксиконе: преодоление дифракционного предела
Статья научная
Получено явное аналитическое выражение для комплексной амплитуды света, описывающей дифракцию Френеля гауссового пучка на спиральном логарифмическом аксиконе, а также формула для осевой интенсивности света при дифракции гауссового пучка на логарифмическом аксиконе (ЛА). Получена оценочная формула для эффективного радиуса картины дифракции, которая показывает обратную зависимость величины этого радиуса от параметра "силы" ЛА. С помощью моделирования методом FDTD показано, что с помощью ЛА можно преодолеть дифракционный предел: вблизи ЛА диаметр светового пучка по полуспаду интенсивности может составлять пятую часть длины волны.
Бесплатно
