Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
На основе пространственно-временной численной модели распространения лазерного пучка в условиях самовоздействия было проведено сравнение производительности различных технологий параллельных вычислений: CUDA, OpenCL, GLSL, OpenMP. Показано, что реализация расчётной схемы, основанной на методе расщепления и разложении по модам Гаусса-Лагерра, даёт наивысший прирост производительности на основе использования технологии программирования GLSL, реализованной на видеоускорителе ATI Radeon HD4890 от AMD, что в 3 раза превышает по скорости расчёты этой же задачи на базе технологии CUDA на видеоускорителе NVidia.
Бесплатно
Статья научная
Мы исследуем динамику возбуждения резонанса Фано в рамках классической модели двух линейных связанных осцилляторов. Получено точное решение для модели при затухающем гармоническом воздействии. Показана динамика роста профиля Фано под действием гармонического возбуждения. При воздействии сверхширокополосного импульса отклик системы становится универсальным и совпадает с функцией отклика. Результаты показывают, что полную характеристику системы можно получить двумя альтернативными способами: прямо измеряя отклик системы на монохроматическое поле при сканировании частоты либо регистрируя отклик на действие s-импульса. В качестве конкретного примера рассчитано зависящее от времени возбуждение резонанса в системе, состоящей из квантовой точки и металлической наночастицы. Затем показано применение расширенной модели затухающих осцилляторов с радиационной поправкой, описывающей формирование резонанса Фано в рассеянии фемтосекундного лазерного импульса на наноантенне.
Бесплатно
Статья научная
Предложен и численно исследован способ двукратного повышения чувствительности оптического резонансного датчика. В качестве иллюстрации предложенного подхода рассчитан датчик на основе одного и двух связанных фотонно-кристаллических резонаторов. Продемонстрировано соответствие между аналитическим и численным подходами к моделированию. Исследованы допуски погрешностей изготовления предложенного устройства на основе связанных фотонно-кристаллических резонаторов. Показаны причины, которые приводят к тому, что погрешности изготовления уменьшают добротность резонансной системы, состоящей из двух резонаторов. Рассмотрены возможности компенсации погрешностей изготовления предложенного устройства.
Бесплатно
Использование структурированной подсветки в системах технического зрения
Статья научная
В работе предложено использовать структурированную подсветку для детектирования наличия железнодорожного состава на контролируемом пути и фиксации межвагонных промежутков в системах технического зрения (СТЗ) на железной дороге. Этот подход позволяет отказаться от специальных датчиков или дополнительного оборудования для указанного контроля и, совместно с другими решениями комплексной технологии взаимоувязанного проектирования всех компонентов СТЗ, позволяет повысить допустимую скорость прохождения железнодорожных составов через пункты контроля, существенно улучшить результаты и степень достоверности распознавания номеров вагонов и контейнеров, даёт возможность значительно приблизить видеокамеры к железнодорожным путям, одновременно контролировать все пути железнодорожной станции в условиях минимального расстояния между ними.
Бесплатно
Статья научная
Продемонстрирована способность оптических резонаторов общего вида выполнять дифференцирование временных оптических сигналов по времени. Получены аналитические зависимости характеристик таких резонаторов на основе временной теории связанных мод. Рассчитан компактный дифференцирующий нанорезонатор на основе гребенчатых фотоннокристаллических волноводов.
Бесплатно
Исправление перспективных искажений с помощью зеркала
Статья научная
Работа посвящена устранению перспективных искажений, появляющихся на изображении из-за расположения камеры под углом к объекту наблюдения. В работе предлагается исправлять возникающие перспективные искажения с помощью зеркала особой формы. Получено дифференциальное уравнение для поверхности зеркала, обладающего требуемыми свойствами, уравнение решено численно. Свойство зеркала устранять перспективные искажения проверено моделированием рассматриваемой оптической системы методом трассировки лучей.
Бесплатно
Статья научная
С помощью численного моделирования исследуется распространение лазерного пучка, модулированного по частоте, в двухуровневой нелинейно-оптической среде с насыщением поглощения и дисперсии в условиях проявления эффектов резонансного самовоздействия, на которые накладываются нестационарные когерентные эффекты типа нестационарной оптической нутации и затухания свободной поляризации, возникающие при высокочастотной модуляции. В настоящей работе анализируется совместное проявление и влияние этих двух типов эффектов на временные и частотные характеристики выходного сигнала.
Бесплатно
Исследование влияния параметров короткого импульса на интенсивность оптического предвестника
Статья научная
Моделирование распространения коротких оптических импульсов в планарном волноводе из кварцевого стекла показало, что для начального прямоугольного импульса с несущей длиной волны λ 0=532 нм (далеко от резонанса), на расстоянии десятка микрон интенсивность предвестников увеличивается на 2 порядка, если длительность импульса в длинах волн равна 0,5λ 0( n +0,5), n – целое число. Хотя по сравнению с интенсивностью основного импульса интенсивность предвестников составляет около 1%. Но если выбрать длину волны импульса близкой к резонансу (λ 0=120 нм), то интенсивность предвестников может превышать интенсивность основного импульса в 4 раза.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе для снижения влияния ошибок систем обеспечения терморегуляции на точность привязки снимков звездного неба и поверхности Земли предлагается совмещать функционал блоков определения координат звёзд и оптической системы оптико-электронного телескопического модуля наноспутника, предназначенной для решения задач дистанционного зондирования Земли. Основным отличием от ранее опубликованных работ по обеспечению качества изображения снимков дистанционного зондирования Земли и звёздного неба является то, что для снижения неточности обеспечения терморегуляции применяются управляемые локальные пленочные электронагреватели, расположенные на периферии оптических элементов с умеренным энергопотреблением оптической системы оптико-электронного телескопического модуля-главного зеркала, вторичного зеркала и линзового корректора. Обеспечение высокого качества изображения звездного неба рассматривается для наноспутника, находящегося на круговой солнечно-синхронной орбите, и включает решение задачи термоупругости и расчета оптико-электронного телескопического модуля. Обосновываются преимущества оптико-электронного телескопического модуля, дополняющего (замещающего) бортовую систему астросъемки космических аппаратов.
Бесплатно
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
