Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Импульсная терагерцовая голография с разрешением во времени в дисперсионных средах
Статья научная
Рассмотрена математическая модель голографического восстановления рельефа фазового объекта из дифракционных картин импульсного терагерцового излучения, записанных в дисперсионной среде. Дополнены алгоритмы численного распространения волнового фронта для учёта дополнительного фазового набега на каждой частотной компоненте, возникающего из-за распространения в дисперсионной среде. Проведено сравнение восстановленных фазовых изображений для случаев учёта и неучёта дисперсии среды. Показано, что для суммированного по частотам двумерного изображения нормированное среднеквадратичное отклонение при неучёте дисперсии среды составляет 0,3 при распространении волнового фронта на расстояние 10 мм и увеличивается до 0,45 с увеличением расстояния до 70 мм.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и численно показано, что при острой фокусировке оптического вихря с круговой поляризацией происходит инверсия продольной составляющей вектора спинового углового момента. При этом если на входе в оптическую систему свет имел левую круговую поляризацию, то в фокусе вблизи оптической оси он будет иметь правую круговую поляризацию. Так как данный эффект происходит вблизи фокуса, где имеет место обратный поток энергии, то такую инверсию спинового углового момента можно использовать для обнаружения обратного потока энергии.
Бесплатно
Инверсия циркулярной поляризации в анизотропных оптических волокнах с крутильной акустической волной
Статья научная
В данной статье изучена акустооптическая трансформация циркулярно-поляризованной фундаментальной моды в циркулярном одномодовом анизотропном оптическом волокне с бегущей крутильной акустической волной основного порядка. Впервые получены аналитические выражения для резонансных оптических мод и спектра постоянных распространения путем применения резонансной теории возмущений к скалярному волновому уравнению. Это позволило последовательно описать экспериментально продемонстрированную взаимную трансформацию линейно-поляризованных LP0-мод волокна с учетом сдвига оптической частоты. Предсказан новый эффект акустически управляемой инверсии знака спинового углового момента фундаментальной моды. Установлена возможность генерации запутанных оптических состояний, в которых запутанными являются направление поляризации и частота оптического пучка.
Бесплатно
Индекс сингулярности и орбитальный угловой момент пучка с гибридной поляризационной сингулярностью
Статья научная
Кроме скалярных оптических вихрей, имеющих топологический заряд, спиральный волновой фронт и несущих орбитальный угловой момент, который может передаваться частицам и вращать их по круговым траекториям, известны и поляризационные оптические вихри, у которых состояние поляризации в сечении пучка изменяется с изменением азимутального угла. У таких вихрей есть точки поляризационной сингулярности, которые описываются индексами, аналогичными топологическому заряду. Но до сих пор не рассматривались поляризационные орбитальные угловые моменты для поляризационных вихрей. Хотя лазерные пучки с неоднородной поляризацией могут осуществлять спиральный перенос вещества в средах, чувствительных к поляризации. В данной работе рассмотрены два возможных определения поляризационных орбитальных угловых моментов. Один орбитальный угловой момент пропорционален азимутальной скорости изменения направления вектора линейной поляризации, а второй (гибридный орбитальный угловой момент) пропорционален азимутальной скорости изменения степени эллиптичности эллипса поляризации. Например, нормированный поляризационный орбитальный угловой момент равен порядку цилиндрического векторного пучка и также равен порядку пучка Пуанкаре.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе для разных векторных и гибридных световых полей, в том числе для полей с многими точками поляризационной сингулярности, найдены индексы поляризационной сингулярности по известной формуле М. Берри, которая применяется обычно для нахождения топологического заряда скалярных вихревых световых полей. Показано, что у полей, состояние поляризации которых зависит только от полярного угла в сечении пучка, могут быть либо линии поляризационной сингулярности, исходящие из центра, либо одна точка поляризационной сингулярности, находящаяся в центре сечения пучка. Если состояние поляризации поля зависит только от радиальной переменной, то такие поля не имеют точек поляризационной сингулярности и их индекс равен нулю. Если поляризационное состояние векторного поля зависит от обеих полярных координат, то такое поле может иметь несколько точек поляризационной сингулярности, расположенных в разных местах в сечении пучка. Также мы рассмотрели векторное поле с радиальной поляризацией высокого порядка и с действительным параметром. Такое поле при разных значениях параметра имеет либо несколько линий поляризационной сингулярности, исходящих из центра, либо особую точку в центре. При этом индекс поляризационной сингулярности такого поля при разных параметрах может быть либо полуцелым, либо целым, либо нулевым.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе продемонстрировано возникновение индуцированного кругового дихроизма для фундаментальной моды в волоконных резонаторах петлевого и кольцевого типа при внесении оптически активного элемента в петлю (кольцо) резонатора. Изменение параметров резонатора, оптически активного элемента или длины волны входящего поля позволяет устанавливать величину наведённого дихроизма и фактически усиливать оптическую активность элемента. Показано, что данные резонаторы могут быть использованы в качестве рабочих элементов полностью волоконных поляризаторов для фундаментальной моды.
Бесплатно
Интегральные представления решений системы уравнений Максвелла для анизотропных сред
Статья научная
В работе получены интегральные представления решений системы уравнений Максвелла для анизотропных сред. Наряду с представлением решений в трехмерном пространстве, получены интегральные представления для решений системы уравнений Максвелла в виде поверхностных волн на границе диэлектрика с отрицательной диэлектрической проницаемостью и анизотропным материалом. Интегральные представления получены с помощью разложения по собственным волнам однородной анизотропной среды, распространяющимся в положительном направлении.
Бесплатно
Статья научная
Найдены в элементарных функциях решения двунаправленного уравнения распространения оптических импульсов в волоконных световодах для степенных функций отклика нелинейной среды на внешнее гармоническое возмущение.
Бесплатно
Статья научная
Разработана и экспериментально исследована оптическая система для преобразования линейно-поляризованных лазерных пучков в цилиндрические векторные пучки. Схема основана на когерентном сложении модовых пучков с использованием интерферометра Маха-Цендера. Простота и универсальность схемы достигается за счёт применения разных участков в площади пространственного модулятора света для одновременной генерации двух пространственно разнесённых заданных модовых пучков. Каждый из пучков далее распространяется в одном из плеч интерферометра, подвергается необходимым поляризационно-фазовым преобразованиям для получения цилиндрического векторного пучка после сложения модовых пучков.
Бесплатно
Статья научная
Реализован синтез полимерных матриц фотонных кристаллов методом интерференционной литографии. Запись решетки осуществлялась излучением гелий-кадмиевого лазера на длине волны 442нм в фоторезисте SU-8. Использование длины волны, соответствующей области слабого поглощения фоторезиста, позволило обеспечить однородность структуры по глубине фотоматериала. Определены оптимальные параметры экспозиции и обработки фоторезиста для получения пористой структуры, соответствующей орторомбической решетке.
Бесплатно
Интерференционные логические элементы на основе фотонного кристалла с y-образным дефектом
Статья научная
В работе показана перспективность использования фотонного кристалла с Y-образным дефектом для построения интерференционных логических элементов, реализующих различные логические операции. Приведены результаты численного моделирования интерференционных логических элементов на основе такого фотонного кристалла, реализующих логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ». Показана возможность построения интерференционных логических элементов, реализующих логическую операцию «ИЛИ-НЕ», на основе каскадирования интерференционных логических элементов, основанных на фотонных кристаллах с Y-образным дефектом. Показано отсутствие проблемы «неопределенности фазы» у построенного элемента.
Бесплатно
Информационная технология коррекции теневых искажений на цветных цифровых изображениях
Статья научная
В работе рассматривается информационная технология коррекции теневых искажений на цветных цифровых изображениях, получаемых путем фотографирования произведений живописи с целью их репродукции. Теневые искажения возникают вследствие различной интенсивности освещения картины с двух сторон. Решается задача выделения области тени и последующей цветовой коррекции в этой области. Приводятся результаты обработки реальных изображений по предложенной технологии.
Бесплатно
Использование волноводного резонанса для создания нанооптических спектральных пропускающих фильтров
Статья научная
Рассмотрена оптимизация нанооптического пропускающего спектрального фильтра. Структура рассчитанного устройства учитывает особенности последующего изготовления данного фильтра методом наноимпринтинга. Оптимизация фильтра выполнена на вычислительном кластере с использованием параллельного асинхронного стохастического метода. Приведен анализ погрешностей изготовления рассчитанной наноструктуры, которые характерны для метода наноимпринтинга.
Бесплатно
Статья научная
С использованием генетического алгоритма оптимизирована структура брэгговского световода с полой сердцевиной на максимальное отражение света от многослойной оболочки. Представлено краткое описание метода и основные результаты.
Бесплатно
Использование инфраструктуры облачных вычислений для моделирования сложных нанофотонных структур
Статья научная
Рассмотрены проблемы эффективного использования возможностей современных высокопроизводительных средств для решения задач дифракционной нанофотоники. Расчётный метод нанофотоники (метод Фурье-мод - RCWA) адаптирован к применению технологии облачных вычислений MapReduce. Для этого проведён анализ потоков данных в методе RCWA. Операции этого метода, требующие интенсивных вычислений, преобразованы в операции, требующие интенсивного обмена данными. Генерируемые массивы данных структурированы в соответствии с требованиями технологии MapReduce. Использование для расчётов инфраструктуры облачных вычислений позволяет эффективным образом решать проблемы масштабируемости и отказоустойчивости расчётных приложений. Это, в свою очередь, позволит ускорить исследования оптических наноструктур сложной формы.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложен и численно исследован интегратор комплексной огибающей оптического сигнала на основе фотонно-кристаллического резонатора. Показано, что массив фотонно-кристаллических резонаторов позволяет выполнять интегрирование более высоких порядков. Рассмотрены особенности использования фотонно-кристаллического резонатора в качестве полностью оптического интегратора, в частности, влияние свободной спектральной зоны на точность интегрирования оптического сигнала. Продемонстрировано влияние значений коэффициентов связности резонаторов в массиве на точность интегрирования. Рассчитан компактный интегратор на основе фотонно-кристаллического волновода, который позволяет с высокой точностью интегрировать оптические импульсы субпикосекундной длительности.
Бесплатно
Использование метаматериалов для управления скоростью распространения света в оптических структурах
Статья научная
В статье в геометрическом приближении показана одна из возможностей уменьшения скорости света в оптической волнонаправляющей структуре в направлении её оси за счёт использования метаматериалов в качестве элементов оптической структуры. Проводится исследование особенности распространения света в плоской модели оптической линии с оболочкой из материала с отрицательным показателем преломления. Показано, что за счёт введения метаматериала в структуре меняется характер распространения световых волн таким образом, что возможно существенное уменьшение скорости распространения света вдоль оси структуры вплоть до его остановки и изменения направления распространения света в противоположную сторону. Получены соотношения для расчёта времени прохождения луча в зависимости от геометрических и оптических параметров структуры, получены соотношения для расчёта критических параметров, условия «остановки» света.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе показана возможность детектирования дробных топологических зарядов с помощью метаповерхности в ближней и в дальней зонах. Рассмотрена возможность детектирования топологических зарядов при различных длинах волн. Оценка длины волны света и топологических зарядов возможна за счет смещения светового пятна вдоль различных осей: при изменении длины волны света световое пятно в плоскости наблюдения смещается вдоль оси X, при изменении дробной части топологических зарядов – вдоль оси Y. При этом метаповерхность остается работоспособна в диапазоне длин волн от 0,56 до 0,7 мкм.
Бесплатно
Статья научная
Методом функции размытия точки изучено качество обращения волнового фронта четырёхволновым преобразователем излучения на тепловой нелинейности. Представлены результаты анализа зависимости ширины модуля функции размытия точки (ФРТ) от угла между волнами накачки, толщины нелинейного слоя, схемы четырёхволнового взаимодействия, частотного сдвига волн накачки и их пространственной структуры.
Бесплатно
Использование многомодового волокна для повышения скорости передачи информации
Статья научная
Рассмотрены возможности использования пространственного разделения каналов в многомодовом волокне. При передаче информации в многомодовом режиме возникает большое число ошибок, обусловленных модовой дисперсией, межмодовой интерференцией и другими источниками. Показано, что передача по волокну вместо изображения, соответствующего исходному цифровому массиву, его голограммы, позволяет использовать специфическое свойство голографии – делимости голограммы и обеспечить восстановление исходного изображения по сильно искаженной голограмме или ее фрагменту. Виртуальным оптическим объектом, для которого строится голограмма, является точечный источник на черном фоне, а информация закладывается в координаты источника излучения. Результатом кодирования является простейшая голограмма – зонная пластинка Френеля, координаты центра которой несут кодируемую информацию. В приемнике целью декодирования является не восстановление яркости каждой точки переданной голограммы, а вычисление координат центра зон Френеля. Именно это обусловливает высокую устойчивость данного метода ко всем видам искажений. Приведено описание моделирования, результаты которого показывают, что при переходе от одномодового режима использования оптоволокна как цифрового канала связи к режиму многомодовой передачи изображений с числом мод N = 4096 возможно повышение скорости передачи в 128 раз при модовой дисперсии, искажающей до 20 % принимаемого изображения.
Бесплатно
