Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Дифракция конической волны и гауссового пучка на спиральной фазовой пластинке
Статья научная
Получено аналитическое выражение для дифракции в дальней зоне конической волны на спиральной фазовой пластинке (СФП) с произвольным целым порядком сингулярности n . Дифракция конической волны на СФП эквивалентна дифракции плоской волны на винтовом аксиконе. Аналитически произведено сравнение дифракции конической волны и Гауссового пучка на СФП. Показано, что в обоих случаях формируется световое кольцо, и функция интенсивности при малых значениях радиальной переменной ρ растет пропорционально ρ2n, а при больших ρ убывает как n2 ρ-4. Прямой записью электронным лучом на резисте изготовлена 32-уровневая СФП 2-го порядка диаметром 5 мм. С помощью этой СФП пучок гелий-неонового лазера был преобразован в пучок с фазовой сингулярностью и кольцевым распределением интенсивности.
Бесплатно
Дифракция на аксиконе с учётом нескольких внутренних отражений
Статья научная
В работе рассматривается дифракция лазерного излучения на узком аксиконе в случае, когда угол конуса значительно меньше предельного (при котором наступает полное внутреннее отражение). В этом случае для корректного описания прохождения излучения через аксикон необходимо рассматривать несколько внутренних отражений. Дифракция рассматривается в двух моделях: геометрооптической и на основе решения уравнения Гельмгольца методом конечных элементов. На основе лучевой модели получены аналитические выражения для значений конического угла, определяющих границы формирования действительного и мнимого фокусов. Моделирование с использованием метода конечных элементов подтвердило теоретические результаты.
Бесплатно
Дифракция плоской волны конечного радиуса на спиральной фазовой пластинке
Статья научная
Получены аналитические выражения через гипергеометрическую функцию, описывающие дифракцию Френеля и Фраунгофера плоской волны конечного радиуса на спиральной фазовой пластинке (СФП) любого целого порядка. Экспериментальные картины дифракции, полученные с помощью СФП, изготовленной на резисте прямой записью электронным лучом, находятся в хорошем согласии с расчетными распределениями интенсивности.
Бесплатно
Дифракция плоской волны на ограниченной спиральной фазовой пластинке: параксиальная векторная теория
Статья научная
Получены аналитические выражения, описывающие параксиальную векторную дифракцию ограниченной плоской волны на спиральной фазовой пластинке (СФП). Все три компоненты электрического поля представлены в виде конечных сумм функций Бесселя. Показано, что при плюс и минус первом порядке СФП продольная компонента электрического поля не равна нулю на оптической оси. Численно также показано, что в случае параксиальной дифракции продольная составляющая комплексной амплитуды может давать вклад величиной в несколько процентов от поперечной.
Бесплатно
Дифракция света на прямоугольном отверстии со статистически неровной границей
Статья научная
В работе исследовано влияние нелинейности функции отклика и дифракционных поправок на интенсивность сигнала, выдаваемого оптикоэлектронным датчиком перемещений. Построены вычислительно эффективные аналитические выражения для расчета интенсивности светового потока. Показано, что учет дифракционных явлений позволяет существенно улучшить точность датчиковой аппаратуры.
Бесплатно
Дифракция света на спиральной фазовой пластинке с кусочно-непрерывным микрорельефом
Статья научная
С помощью принципа Гюйгенса-Френеля и FDTD метода показана асимметрия оптического вихря, сформированного рефракционной спиральной пластинкой со скачком рельефа. Нарушение кольцевой симметрии в сечении оптического вихря наблюдается не только в ближней зоне, но и в средней зоне дифракции, на расстоянии нескольких длин Френеля. Для спиральной пластинки с топологическим зарядом 3 асимметрия оптического вихря доказана экспериментально.
Бесплатно
Дифракция светового пучка на микроструктурном волокне
Статья научная
Методом, основанным на теореме Грина и теореме сложения цилиндрических функций Графа, получено решение двумерной задачи о поперечной дифракции светового пучка на микроструктурном волокне, образованном системой конечного числа параллельных цилиндров, заключённых в ограниченную оболочку. Показано, что данное решение может быть использовано для построения углового распределения интенсивности дальнего поля при дифракции на микроструктурном волокне трёхмерного пучка. Рассчитаны дифракционные поля, имеющие место при поперечном освещении микроструктурных волокон Гауссовыми пучками ТЕ- и ТМ-поляризации.
Бесплатно
Дифференциальный метод расчёта дифракции рентгеновских лучей на кристалле: скалярная теория
Статья научная
Вводная часть статьи содержит исторический обзор и направления развития основных экспериментальных и теоретических разработок в области рентгеноструктурного анализа. В основной части в рамках скалярной теории рассмотрен дифференциальный подход решения задачи дифракции рентгеновских лучей на кристаллах. Приведены примеры численного моделирования для базовых типов кристаллических решёток.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена дифракция трёхмерного пространственно-временного оптического импульса на брэгговской решётке с дефектным слоем. Дифракция импульса описана в терминах прохождения сигнала через линейную систему, передаточная функция которой определяется коэффициентами отражения и пропускания брэгговской решётки с дефектным слоем. Показана возможность выполнения операций временно́го дифференцирования (в отражении) и интегрирования (в пропускании) огибающей трёхмерного падающего импульса с использованием брэгговской решётки с дефектным слоем. Вычисление второй производной во времени осуществлено с использованием системы из двух дифференцирующих БРДС, разделённых слоем вакуума с оптической толщиной в четверть длины волны Брэгга. Возможность выполнения указанных операций подтверждёна результатами строгого моделирования.
Бесплатно
Достижения в разработке плазмонных волноводных датчиков для измерения показателя преломления
Статья научная
Оптические датчики широко используются в биомедицинской, химической и пищевой промышленности и обеспечивают высокую чувствительность к изменениям показателя преломления в окружающей среде благодаря специфическому распределению электромагнитного поля собственных мод (резонансных состояний). Чувствительность датчика сильно зависит от его материала и структуры. В этом обзоре мы сосредоточились на анализе кремниевых волноводов как перспективном компоненте миниатюризации оптических датчиков и плазмонных датчиках показателя преломления без флуоресцентной маркировки. Представлены новейшие разработки специальных типов плазмонных структур, таких как волноводы металл-изолятор-металл, и их применение в датчиках показателя преломления. Анализируются многочисленные типы плазмонных волноводов, их геометрические структуры, материалы и процессы изготовления, а также возможные энергетические потери. Важной частью обзора является обсуждение спектральных характеристик недавно предложенных датчиков показателя преломления с акцентом на их чувствительность и показатели качества.
Бесплатно
Дробный орбитальный угловой момент Гауссова пучка с внедренным внеосевым оптическим вихрем
Статья научная
Теоретически и экспериментально изучены асимметричные Гауссовы оптические вихри, которые формируются при дифракции Гауссова пучка на смещенной с оптической оси спиральной фазовой пластинке или амплитудной голограмме «с вилочкой». Показано, что в зависимости от величины смещения лазерный пучок имеет вид полумесяца, который при распространении вращается. Получено аналитическое выражение для орбитального углового момента такого пучка, который оказывается дробным. С увеличением смещения момент убывает квадратично. Результаты эксперимента качественно согласуются с теорией и численным моделированием.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается задача расчета оптического элемента из двух отражающих поверхностей, формирующего заданное распределение освещенности с плоским фронтом, при условии точечного источника света. Формулируется понятие слабого решения для данной задачи, а также устанавливается эквивалентность данной задачи и задачи перемещения масс Монжа-Канторовича с некоторой функцией стоимости.
Бесплатно
Статья научная
Для успешной реализации символьного кодирования показана необходимость учёта влияния многолучевой интерференции на форму чирпированного импульса, распространяющегося по оптоволоконному тракту разветвлённой сети либо сети, содержащей активные компоненты управления. Для выявления требуемых огибающей и чирпа проведено математическое моделирование динамики формы оптического импульса в случае действия многолучевой интерференции, дисперсии, нелинейного изменения показателя преломления и затухания. Получено аналитическое выражение для комплекснозначной амплитуды импульса, минимально искажаемого в линии с единственным источником интерференции. Найдена оптимальная форма импульса по минимуму среднеквадратического отклонения выходной формы от входной для конкретного примера. Установлено, что нелинейное преломление приводит к смещению импульса в пределах 5% от длительности периода. Затухание уменьшает пиковую мощность в пределах 10%. Действие дисперсии сводится к расширению пика импульса, интерференции - к размытию его фронтов.
Бесплатно
Статья научная
Показана необходимость учёта отражённого сигнала в волоконно-оптической системе связи, использующей двустороннюю передачу на единственной длине волны. Методом дополнительного кодирования сетевых узлов предложено идентифицировать состояние «loop», отличая его от результата отражений, возникающих вследствие не идеальности волоконно-оптического тракта. Для успешной реализации данной технической идеи необходимо обеспечить неизменность передаваемого информационного параметра, заключающегося в форме огибающей мощности импульса. Проведено математическое моделирование динамики формы оптического импульса в случае действия многолучевой интерференции, дисперсии, нелинейного изменения показателя преломления и затухания. Установлено, что существенными факторами искажений являются нелинейные эффекты и дисперсия, а многолучевая интерференция проявляется в виде размытия формы действием высших порядков. В то же время действие первого интерференционного порядка может быть скомпенсировано подбором огибающей мощности.
Бесплатно
Статья научная
В рамках допущений о хорошей локализации энергии волноводных мод в тонкой плёнке и о малости по сравнению с длиной волны излучения среднеквадратичных отклонений и интервалов автокорреляции шероховатостей границ плёнки получено аналитическое решение задачи о разделении вкладов в коэффициенты затухания мод ТЕ-поляризации эффектов материального поглощения и поверхностного рассеяния света. На основе этого решения сформулирован алгоритм восстановления мнимой части комплексного показателя преломления плёнки, использующий вещественные части постоянных распространения и коэффициенты затухания двух ТЕ-мод плёнки, измеряемые методом волноводной спектроскопии. Эффективность подхода подтверждена расчётом дифракционных полей, возникающих при распространении волноводных мод вдоль плёнок с шероховатыми границами.
Бесплатно
Статья научная
Предложены принципы построения защищённого сегмента RoF в субтерагерцовом диапазоне частот, обеспечивающего независимую оптическую модуляцию частотными свойствами радиоканала и параметром управления фазированной антенной решётки. Предложена схема построения сегмента RoF для W-диапазона. Получены результаты режима совместной передачи двух мод, одна из которых является поляризованной, режима управления частотными свойствами радиоканала, режима формирования сигнала со спиральным фронтом, режима передачи модулированного оптического сигнала совместно с поляризованным сигналом со спиральным фронтом. Проведено моделирование сигналов с заданным спин-орбитальным состоянием на основе гамильтонова подхода. Представлены результаты расчёта фазово-амплитудного фильтра.
Бесплатно
Зеркальные лазерные пучки Эйри
Статья научная
В работе рассмотрен новый тип пучков Эйри, описываемых суперпозицией ограниченных по n-му нулю (или экстремуму) смещенных и зеркально отраженных функций Эйри. Распределение таких зеркальных функций Эйри, гладко сшитых в начале координат по месту усечения, напоминает четные и нечетные моды Эрмита-Гаусса. Однако пучки, согласованные с зеркальными функциями Эйри не сохраняют свой вид в дальней зоне, а их спектр описывается косинусной функцией от нелинейного аргумента (с кубической и линейной зависимостью). При распространении зеркальные пучки Эйри демонстрируют расходимость, пропорциональную квадрату пройденного расстояния.
Бесплатно
Зонная пластинка на мембране для жёсткого рентгеновского излучения
Статья научная
Описывается моделирование и изготовление Френелевской зонной пластинки из серебра на мембране из нитрида кремния, созданной совместно ИСОИ РАН и Университетом Сэнт-Эндрюса (Шотландия), с диаметром 200 мкм, крайней зоной 287 нм (всего 176 зон, или 88 периодов), глубиной рельефа 460 нм, фокусным расстоянием 250 мм, рассчитанной для длины волны 2,29А (Cr) (энергия кванта 5,4 Кэв) и с расчётной эффективностью около 3%.
Бесплатно
Зонная структура трехмерных фотонных аппроксимантов квазикристалла
Статья научная
В работе теоретически исследована зонная структура трехмерных фотонных аппроксимантов квазикристаллов. Обнаружено, что аппроксиманты различных порядков имеют большие, почти изотропные запрещенные зоны для широкого диапазона диэлектрической постоянной. Исследовано влияние координации атомов на размер и порог фотонной запрещенной зоны. Сделан вывод о наличии полной запрещенной зоны у трехмерного фотонного квазикристалла с шестимерной объемно-центрированной кубической решеткой.
Бесплатно
Статья научная
Разработан и успешно применен метод высокочастотной лазерной абляции с использованием двухкоординатного сканатора луча для создания дифракционного оптического элемента терагерцового диапазона с непрерывным микрорельефом. Приведены результаты исследования микрорельефа полученного кремниевого фокусатора Гауссова пучка в квадратную область.
Бесплатно
