Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
Представлены результаты исследований хроматических свойств дифракционного оптического элемента (ДОЭ), предназначенных для управления лазерной абляцией. Рассмотрено как влияние отклонения длины волны излучения от расчётной при изготовлении ДОЭ, так и влияние уширения спектра, возникающего из-за малой длительности импульса. Первое явление экспериментально исследовано на макете с непрерывным лазером, а второе - в реальных условиях абляции металлических плёнок, нанесённых на диэлектрик. Показано, что отклонение длины волны от расчётной можно использовать для целевого преобразования формы области фокусировки. Явления же, связанные с уширением спектра, не приводят к каким-либо значимым последствиям при выбранных параметрах лазерного пучка.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена возможность формирования близкорасположенных сингулярных линий с помощью субволновых деталей диэлектрического микрорельефа. На основе численного моделирования показано, что картины дифракции для выступа и канавки субволнового размера (0,2l) кардинально различаются: выступ демонстрирует фокусирующие свойства, а канавка действует как препятствие. Использование в микрорельефе определённых сочетаний фазовых ступенек, соответствующих сдвигу фазы на p, позволяет достичь субволновой локализации излучения (FWHM=0,36l). Дальнейшее сужение расстояния между сингулярными линиями приводит к уходу энергии из центральной области в боковые лепестки. Моделирование выполнено с помощью программного пакета Comsol, в котором численно решаются стационарные уравнения Максвелла методом конечных элементов.
Бесплатно
Исследование динамики кубита во внешнем поле лазера
Статья научная
В работе исследуется динамика кубита во внешнем лазерном поле в случае немарковского окружения, описываемого процессом Орнштейна-Уленбека. Для квантовой системы построено нелинейное немарковское стохастическое уравнение Шрёдингера, для которого гарантируется положительная определенность и сохранение нормировки матрицы плотности. Путём численного решения уравнения изучаются вероятности обнаружить систему в возбуждённом состоянии и влияние параметров немарковского шума на эту вероятность.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается модель широкоапертурного полупроводникового вертикально излучающего лазера на основе полной системы уравнений Максвелла-Блоха в двумерном приближении на круглой и квадратной апертурах. Приводятся результаты анализа и моделирования динамики лазерного излучения в ближней и дальней зонах в зависимости от отстройки частоты, которую в случае полупроводниковых лазеров можно представить как функцию температуры. Результаты численного моделирования сравниваются с экспериментальными данными и теоретическими прогнозами.
Бесплатно
Исследование дисперсионных характеристик оптических стекол
Статья научная
Рассмотрены дисперсионные характеристики оптических стекол. Предложен подход к исследованию дисперсионных характеристик оптических стекол, требующий измерения показателя преломления только на трех длинах волн, что упрощает процесс измерений по сравнению с применением широко распространенной дисперсионной формулы Селлмейера. Предложена аппроксимирующая функция для показателя преломления оптических стекол, рассчитана погрешность аппроксимации для различных марок стекла, предложен способ коррекции погрешности аппроксимации. Проведены измерения показателя преломления образцов оптических стекол на 3 длинах волн He-Ne и Ar-Cr лазеров, рассчитаны значения показателя преломления для спектральных линий, необходимые для определения дисперсионных характеристик. Значение погрешности расчета показателя преломления при этом не превысило ±1×10-5, что доказывает перспективу применения предложенной аппроксимирующей функции для исследования дисперсионных характеристик оптических стекол.
Бесплатно
Исследование излучения атома водорода под действием импульса титан-сапфирового лазера
Статья научная
Мы представляем результаты численного моделирования динамики заселенностей в атоме водорода под действием импульса титан-сапфирового лазера. Исследуется возможность формирования волновых пакетов, включающих состояния с высокими значениями орбитального и магнитного квантовых чисел, под действием лазерного поля, вследствие многократных переходов между состояниями дискретного и непрерывного спектра. Ионизационные потери учитываются на основе реалистичной модели континуума. Показана частичная локализация электронной плотности по радиальной и угловой переменной. На основе прямого решения уравнения Шредингера рассчитываются спектральные характеристики излучения атома во время лазерного возбуждения для оценки ридберговских волновых пакетов в качестве источников генерации в терагерцевом диапазоне.
Бесплатно
Исследование когерентных свойств лазерного излучения методами голографии и спекл-интерферометрии
Статья научная
Разработан метод контроля когерентных свойств излучения непосредственно во время работы лазеров в составе голографических и интерферометрических схем, приборов и устройств. Мониторинг данных параметров осуществляется с использованием специальных тест-объектов либо голографическим способом, либо при помощи метода электронной фазомодулированной спекл-интерферометрии [ESPI].
Бесплатно
Статья научная
Исследованы магнитооптические свойства намагниченной диэлектрической структуры, состоящей из дифракционной решётки и однородного слоя. Структура намагничена в плоскости, вектор намагниченности направлен перпендикулярно штрихам решётки. Моделирование в рамках электромагнитной теории показывает, что структура обладает магнитооптическими эффектами, заключающимися в резонансном изменении коэффициентов пропускания и отражения при изменении намагниченности. Указанные эффекты обнаружены для обоих типов поляризации падающей волны (ТЕ и ТМ). Проведен расчёт дисперсионных кривых мод структуры, основанный на вычислении полюсов матрицы рассеяния. На основе анализа дисперсионных кривых показано, что спектральные положения магнитооптических резонансов совпадают с условиями возбуждения собственных мод структуры. Исследовано изменение вида дисперсионных кривых структуры, происходящее при намагничивании материала. Проведено исследование структуры мод и условий их возбуждения. Предложена классификация магнитооптических резонансов, основанная на их связи с конфигурацией (четностью и нечетностью) возбуждаемых мод структуры.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе проведено исследование на основе метода FDTD поляризационных преобразований, осуществляемых рефракционным биконическим аксиконом. Данный элемент имеет две рабочие конические поверхности, при взаимодействии с которыми осуществляется преобразование оптического пучка с круговой поляризацией в азимутально поляризованный пучок. На внутренней поверхности элемента происходит преобразование поляризации за счет отражения и преломления лучей под углом Брюстера, а внешняя поверхность обеспечивает коллимацию преобразованного пучка. В качестве критериев успешного поляризационного преобразования рассмотрены распределения компонент вектора электрического поля на различных расстояниях от оптического элемента. На основе численного моделирования показана работоспособность предложенного подхода для биконического аксикона, выполненного из стекла с показателем преломления n = 1,4958, и Гауссова пучка с круговой поляризацией с длиной волны λ = 1,5 мкм. Показано сохранение работоспособности предложенного элемента при изменении показателя преломления материала элемента и изменении длины волны падающего излучения в достаточно широких диапазонах (1,5 ≤ n ≤ 1,7; 1 мкм ≤ λ ≤ 1,5 мкм).
Бесплатно
Статья научная
В работе исследуется немарковская динамика системы, состоящей из двух взаимодействующих кубитов. На основе идей стохастического исчисления выведено и обобщено на немарковский случай нелинейное стохастическое уравнение Шрёдингера. Стохастическое уравнение решается путём прямого компьютерного моделирования. На основе решения строятся различные динамические характеристики рассматриваемой системы.
Бесплатно
Статья научная
Получено аналитическое выражение для расчёта нормированного орбитального углового момента (ОУМ) для суперпозиции смещённых с оптической оси пучков Бесселя с одинаковым топологическим зарядом. Это выражение позволяет формировать бездифракционные пучки с разным распределением интенсивности, но с одинаковым ОУМ. Показано также, что комплексное смещение пучка Бесселя приводит к изменению распределения интенсивности в сечении пучка и изменению его ОУМ. Суперпозиция двух и более пучков Бесселя с комплексным смещением может не менять ОУМ, хотя распределение интенсивности будет меняться. Эксперимент хорошо согласуется с теорией.
Бесплатно
Исследование особенностей многопучковой лазерной термохимической записи дифракционных микроструктур
Статья научная
Представлено теоретическое и экспериментальное исследование лазерной термохимической записи дифракционных структур в многопучковом многопроходном режиме. Получены дифракционные структуры на плёнке хрома с периодом 1,6 мкм при делении записывающего пучка решёткой Даммана на 5 пучков. Для повышения точности записи облучение плёнки проводилось за 5 проходов. Предложена методика расчёта температурных полей и распределения толщины окисла в плёнке при многопучковом воздействии. Проведённые расчёты выявили, что, несмотря на взаимное влияние температурных полей от отдельных источников, разрешающая способность записи оказывается достаточно высокой для получения структур микронного масштаба. Показано, что использование многопроходного режима облучения приводит к увеличению контраста и точности записываемых треков при сохранении высокого разрешения.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и экспериментально исследованы особенности трибометрического взаимодействия двух диэлектрических подложек с одинаковыми свойствами поверхности при экспресс-контроле степени их чистоты. Показано, что выполнение равенства коэффициента трения скольжения коэффициенту трения покоя определяет поверхность как технологически чистую. Экспериментально доказано, что трибометрическое взаимодействие подложек не приводит к механическому повреждению исследуемой поверхности. Предложено дополнить устройство дифракционной решеткой, формирующей световые импульсы, по параметрам которых (длительность импульсов светового потока; среднее значение суммы трёх импульсов, степень их отклонения от эталонных значений) происходит оценка степени загрязнения поверхности подложек. Показано, что применение дифракционной решетки с периодом T=63 мкм и шириной щели b=20 мкм позволяет увеличить разрешающую способность трибометрического устройства в 16 раз.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе исследуется пространственное распределение интенсивности мод Лагерра-супергаусса (1,0), а также супергауссова пучка с радиальной и круговой поляризацией в зависимости от изменения высоты дифракционного аксикона. Высота рельефа оптического элемента менялась от четверти до трех длин волн. Моделирование методом конечных разностей во временной области показало, что изменение высоты дифракционного аксикона существенным образом влияет на дифракционную картину в ближней зоне аксикона. Наименьший размер фокального пятна для супергауссова пучка был получен для радиальной поляризации при высоте, равной двум длинам волн. Минимальный размер фокального пятна для моды Лагерра-супергаусса (1,0) получен для круговой «-» поляризации при высоте элемента, равной четверти длины волны.
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование острой фокусировки пучков с радиальной и азимутальной поляризациями, сформированных разработанной ранее оптической системой, основанной на суммировании двух пучков с круговой поляризацией. Исследование проводилось методами ближнепольной микроскопии. Проведённые эксперименты показали различия распределений интенсивности в фокальной области для разных типов неоднородно-поляризованных пучков и в целом согласуются с результатами проведённого численного моделирования.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается вопрос об исследовании сходимости разностной схемы для однонаправленного уравнения Гельмгольца. Основное внимание уделено экспериментальному исследованию скорости сходимости сеточного решения в равномерной и среднеквадратической нормах для линейного, а также нелинейного варианта уравнения Гельмгольца, учитывающего эффект «самовоздействия». Расчёты проводились на суперкомпьютере «Сергей Королёв» с использованием специально разработанных параллельных алгоритмов.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается преобразование однородно-поляризованного Бесселева пучка в кристалле исландского шпата в непараксиальном режиме. Численно и экспериментально исследуются поляризационные преобразования, происходящие в кристалле. Показано, что эти преобразования обеспечивают взаимодействие обыкновенного и необыкновенного пучков, которое становится существенным лишь в непараксиальном режиме.
Бесплатно
Статья научная
Проведены теоретические и экспериментальные исследования распределения компонент электрического поля в фокальной плоскости при вращении пластинки с фазовым скачком величиной p, помещённой в фокусируемый пучок. На основе сравнения теоретических и экспериментальных результатов проведён анализ поляризационной чувствительности различных апертурных металлизированных зондов. Показано, что с ростом диаметра открытой части заострённого конца зонда происходит существенное перераспределение чувствительности в пользу поперечных компонент электрического поля и рост коэффициента передачи сигнала через зонд.
Бесплатно
Исследование применения аксиконов в высокоапертурной фокусирующей системе
Статья научная
Рассмотрено применение аксиконов в высокоапертурных фокусирующих системах с различной поляризацией с целью увеличения протяженности и уменьшения поперечного размера фокального пятна. В отличие от кольцевого диафрагмирования, обычно используемого для этой цели, дополнение высокоапертурной линзы аксиконом является энергетически более выгодным. При уменьшении размера центрального светового пятна по полуспаду интенсивности (FWHM) с 0,51 до 0,36 для радиальной поляризации выигрыш пропорционален площади блокируемой части линзы. Для линейной поляризации, которую имеют большинство лазеров, показана возможность формирования линзаконом светового пятна, сплющенного по одному направлению до 0,32. В работе также показана эффективность применения вихревых аксиконов в задаче формирования протяженных компактных распределений для круговой и азимутальной поляризаций.
Бесплатно
Исследование процесса растекания капли жидкости, наносимой на поверхность подложки
Статья научная
В данной работе предлагается модель процесса растекания капли жидкости по поверхности подложки, основанная на балансе потенциальной энергии падающей капли, энергии поверхностного натяжения и энергии связи молекул жидкости и твердого тела. Полученные экспериментальным путем зависимости радиуса основания капли и длительности процесса растекания от степени чистоты и шероховатости поверхности подложки, очищенной методом плазмохимического травления, удовлетворительно совпадают с расчетными зависимостями.
Бесплатно
