Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Компоновка и расчёт двухдиапазонного атермального рефракционно-линзового ИК-объектива
Статья научная
Показана возможность достижения высоких оптических характеристик и пассивной атермализации у простых по конструкции двухдиапазонных ИК-объективов при использовании в их оптических схемах рефракционных линз, выполненных из халькогенидных стекол. Даны рекомендации по компоновке оптической схемы и по получению исходных конструктивных параметров для последующей оптимизации. Достоверность и эффективность рекомендаций подтверждена результатами расчёта сверхсветосильного рефракционно-линзового объектива, работающего с излучением средне- и длинноволнового ИК-поддиапазонов и формирующего высококачественное полихроматическое изображение на матрице неохлаждаемого микроболометра в интервале рабочих температур от - 40°C до + 60°C.
Бесплатно
Статья научная
Мы предлагаем компьютерную технологию моделирования процесса формирования оптических изображений дифракционной изображающей линзой. Центральная идея технологии состоит в том, чтобы оценивать качество оптики путём сопоставления входного и выходного изображений по критериям, принятым в обработке изображений. Для этого на вход подаются, а на выходе формируются гиперспектральные изображения одинакового разрешения. При большом числе спектральных компонентов обеспечивается достаточно точное воспроизведение эффектов, связанных с зависимостью коэффициента преломления от длины волны. Для сравнения входного и выходного изображений по показателю PSNR осуществляется «сборка» обычных трёхкомпонентных RGB-изображений с использованием стандартных функций соответствия во всем оптическом диапазоне. Приводятся результаты исследования зависимости показателя PSNR от основных параметров оптической системы: фокусное расстояние, линейная апертура и количество учитываемых дифракционных порядков.
Бесплатно
Статья научная
Методом компьютерного моделирования выполнен анализ оптических характеристик ЖК-модулятора, в котором используется электрооптический эффект «гость - хозяин». В статье рассмотрены классические конструкции ЖК-модулятора, выполненные на основе планарной ячейки с различными углами закрутки структуры ЖК с поляроидом и без него. Кроме этого проанализирована конструкция ЖК-модулятора с гомеотропной ориентацией ЖК без поляроида. Даны практические рекомендации по нахождению оптимальных конструкций ЖК-модуляторов для различных конкретных задач.
Бесплатно
Компьютерный расчет оптических систем в области аберраций высших порядков
Статья научная
Обоснована целесообразность использования псевдолучей при аберрационном расчете оптических систем, включающих радиально-градиентные и дифракционные линзы. Изложена методика расчета хода псевдолучей через такие системы.
Бесплатно
Статья научная
В рамках модифицированной модели медленно меняющихся амплитуд рассмотрен процесс конвертирования вихревых пучков оптического диапазона в вихревые пучки терагерцового радиодиапазона на основе нелинейной генерации разностной частоты в среде с восприимчивостью второго порядка. Дано теоретическое обоснование закона конвертирования топологических зарядов вихревых пучков - топологический заряд выходного радиовихревого пучка равен разности топологических зарядов входных оптических вихревых пучков. Реализована компьютерная имитационная модель рассматриваемых процессов.
Бесплатно
Контроль пространственного распределения оптического излучения, рассеянного дифракционной структурой
Статья научная
Представлены результаты разработки и исследования метода и устройства для оперативного контроля пространственного распределения интенсивности дифракционных порядков в телесном угле дифракции до ±80° и 360° по азимуту как на проход, так и на отражение. Разработанное устройство предназначено для контроля формы и глубины микрорельефа дифракционных оптических элементов в процессе производства.
Бесплатно
Контурный анализ и современная оптика гауссовых пучков
Статья научная
В работе представлено теоретическое исследование возможности использования математического аппарата спиральных пучков света в задачах распознавания контурных изображений. Даётся оценка предлагаемого подхода с точки зрения его преимуществ и недостатков, приводятся результаты численного моделирования, обсуждаются аспекты применения метода в рамках существующих практических задач.
Бесплатно
Статья научная
В статье обсуждаются основные свойства новой концепции полностью оптического диэлектрического двухканального селективного по длине волны коммутатора на основе эффекта фотонного крючка. Рассмотрен прототип такого устройства на диэлектрических микроструктурах с нарушенной симметрией как геометрической формы, так и оптических свойств без применения микромеханических устройств или нелинейных материалов. Благодаря уникальному свойству фотонного крючка изменять свою кривизну в зависимости от длины волны светового облучения, данный переключатель является перспективным кандидатом для реализации оптической коммутации в современной оптоэлектронике и миниатюрных устройствах «на чипе». На основе численного FDTD-моделирования показано, что оптическая изоляция коммутируемых каналов для переключателя с линейными размерами около (6l)3 на базе Янус-частицы может достигать примерно 18 - 20 дБ в диапазоне длин волн 1,5 - 1,9 мкм.
Бесплатно
Статья научная
В статье приводятся результаты экспериментальной проверки концепции ранее предложенного [ Гейнц, Ю.Э. Концепция миниатюрного фотонного пространственного переключателя на основе внеосевой зонной пластины / Ю.Э. Гейнц, О.В. Минин, И.В. Минин // Квантовая электроника. - 2021. - Т. 51, № 8. - С. 727-729. - DOI: https://doi.org/10.1070/QEL17600 ] полностью оптического селективного по длине волны многоканального коммутатора на основе внеосевой зонной пластины Вуда в миллиметровом диапазоне длин волн без применения микромеханических устройств или нелинейных материалов. Рассмотрен лабораторный прототип такого устройства, и обсуждаются его основные параметры. На основе проведенных экспериментов показано, что оптическая изоляция коммутируемых каналов для переключателя на базе внеосевой зонной пластины может достигать 15 дБ при разности частот 25 ГГц в диапазоне частот 93 - 136 ГГц.
Бесплатно
Коррекция хроматизма вариообъективов среднего ИК-диапазона
Статья научная
На основе представленных результатов исследования остаточного хроматизма двухлинзовых компонентов, выполненных из технологичных и коммерчески доступных оптических материалов, прозрачных в среднем ИК-диапазоне, показано, что такие компоненты являются эффективным инструментом коррекции хроматизма вариообъективов данного спектрального диапазона.
Бесплатно
Коррекция хроматизма двухдиапазонных ИК-вариообъективов
Статья научная
На примере простого по конструкции средне- и длинноволнового двухдиапазонного инфракрасного вариообъектива, состоящего из трёх двухлинзовых компонентов, выполненных из материалов SILICON и GERMANIUM, продемонстрирована возможность снижения хроматических и монохроматических аберраций до уровня, обеспечивающего достаточно высокое качество формируемого изображения на пространственных частотах до 25 пар линий / мм. В качестве одного из возможных путей модификации вариообъектива предложено на плоской поверхности рефракционной линзы, ближайшей к апертурной диафрагме, разместить двухслойную двухрельефную дифракционную микроструктуру. Эффективность перехода к рефракционно-дифракционной схеме подтверждена результатами расчёта и оптимизации вариообъектива, двухлинзовые компоненты которого выполнены из материала SILICON и халькогенидного стекла марки IRG26.
Бесплатно
Статья научная
Приведены описание технологии изготовления и первые результаты исследования кремниевого бинарного дифракционного оптического элемента - фокусатора терагерцового лазерного излучения из Гауссова пучка в квадрат (диаметр апертуры элемента – 30 мм). Характеристики дифракционного оптического элемента были исследованы в пучке новосибирского лазера на свободных электронах (ЛСЭ) на длине волны 141 мкм.
Бесплатно
Круговая поляризация до и после острого фокуса для света с линейной поляризацией
Статья научная
Рассмотрена острая фокусировка света с линейной поляризацией. С помощью формализма Ричардса-Вольфа показано, что до и после плоскости фокуса имеются области, в которых поляризация круговая (эллиптическая). При переходе через плоскость фокуса направление вращения вектора поляризации в этих областях меняется на противоположное. Если до фокуса в некоторой области была левая круговая поляризация, то в самом фокусе в этой области будет линейная поляризация, а после фокуса в аналогичной области будет правая круговая поляризация. Этот эффект позволяет использовать линейно поляризованный свет для вращения вокруг своего центра масс диэлектрических микрочастиц с небольшим поглощением.
Бесплатно
Лавинная неустойчивость орбитального углового момента оптических вихрей высших порядков
Статья научная
Представлены теоретические и экспериментальные исследования спектров оптических вихрей и орбитального углового момента комбинированных сингулярных пучков в виде суперпозиции мод Лагерра - Гаусса или Бесселя - Гаусса с «резонансными» амплитудами, зависящими от вещественного параметра. Если данный параметр является целым числом, то орбитальный угловой момент сингулярного пучка равен этому числу. Если вещественный параметр является дробным, то орбитальный угловой момент может быть либо существенно больше, либо много меньше ближайшего к значению параметра целого числа. При нецелом значении параметра пучка в его амплитуду делают вклад большое число пучков из суперпозиции с целыми топологическими зарядами. При целочисленном параметре пучка вклад в амплитуду делает только одна мода с топологическим зарядом, равным значению параметра пучка. В эксперименте сингулярные пучки с дробным орбитальным угловым моментом формировались с помощью бинарной амплитудной дифракционной решётки, согласованной с фазовой функцией сингулярного пучка. Измеренная степень корреляции между исходным пучком и пучком, восстановленным по спектру вихрей, была не ниже 90 %.
Бесплатно
Лазерная печать алмазных наночастиц с люминесцирующими центрами кремний-вакансия
Статья научная
Продемонстрирована возможность лазерной печати одиночных алмазных наночастиц с люминесцирующими SiV-центрами. Для осуществления переноса мишень, состоящая из прозрачной сапфировой пластины и поглощающей тонкой пленки титана (толщиной 600 нм), покрытой наночастицами, облучалась эксимерным лазером KrF (λ = 248 нм, τ = 20 нс). Определены оптимальные значения плотности энергии лазерного излучения, и разработана система нанесения меток для адресного переноса наночастиц. Люминесцентное картирование мишени и приёмной подложки подтвердило перенос наночастиц алмаза с SiV-центрами.
Бесплатно
Статья научная
Прогрессивным при сварке разнородных материалов является использование лазерных технологий. Осуществлена лазерная сварка импульсным излучением алюминиевого сплава АК4 и титанового сплава ВТ5-1. Определены режимы обработки, реализация которых при плавлении материалов в зоне термического влияния предоставляет возможность получить однородную структуру без пустот и раковин, что указывает на потенциально достаточно высокую работоспособность сварного соединения. Для создания требуемого распределения плотности мощности в поперечном сечении лазерного пучка целесообразно использовать дифракционные оптические элементы. Выполнена сварка алюминия и меди непрерывным лазерным излучением. Определено, что лазерное воздействие с его чётко определённым и точным локализованным вводом энергии предоставляет возможность в значительной степени снизить рост слоёв интерметаллидных соединений.
Бесплатно
Лазерное наноструктурирование металлических материалов с применением подвижных фокусаторов излучения
Статья научная
Проведено исследование перераспределения плотности мощности лазерного излучения в фокальной плоскости подвижного дифракционного оптического элемента, применяемого для лазерного наноструктурирования металлических материалов. Проанализированы особенности формирования структур модельного сплава системы Cu-Zn при высокоинтенсивном энергетическом воздействии. Установлено, что в поверхностном слое образцов после лазерного воздействия снижается содержание цинка и образуются наноразмерные поры в виде каналов, сужающихся к основанию.
Бесплатно
Лазерные интерферометрические и дифракционные системы
Статья научная
В работе обобщены результаты основных научно-исследовательских работ, выполненных автором более чем за 50-летний период деятельности. Поставлена и решена серьезная задача создания и практической реализации лазерных интерферометрических и дифракционных систем, предназначенных для выполнения широкого круга конкретных применений в области научного эксперимента и промышленной технологии.
Бесплатно
Лазерные пучки Ханкеля-Бесселя
Статья научная
Получено точное решение скалярного уравнения Гельмгольца, описывающее световой пучок, распространяющийся в положительном направлении вдоль оптической оси. Комплексная амплитуда такого пучка пропорциональна произведению двух линейно независимых решений дифференциального уравнения Куммера. Получены выражения для частного случая таких пучков - пучков Ханкеля-Бесселя (ХБ). Исследована фокусировка ХБ-пучков.
Бесплатно
Лазерные пучки Эйри с гиперболической траекторией в ближней зоне
Статья научная
Из приведённого обзора работ по ускоряющимся пучкам и пучкам Эйри (ПЭ) следует, что известные разновидности ПЭ распространяются по параболическим траекториям, а ускоряющиеся пучки, распространяющиеся по непараболическим траекториям, не имеют аналитического описания в зоне Френеля. Далее в работе рассмотрены ПЭ второго рода (ПЭ-2), которые также являются ускоряющимися, имеют аналитическое выражение в зоне Френеля, распространяются на участке траектории по гиперболической кривой и могут быть сформированы с помощью фазовой маски с кубической зависимостью от поперечной координаты.
Бесплатно
