Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
В настоящей работе описан синтез и измерены оптические характеристики азополимера на основе поли-N-эпоксипропилкарбазола и хромофора 4-(4-нитрофенилазо)-анилина, Найдены закономерности в формировании поверхностных микроструктур под действием Гауссова пучка, сфокусированного на плёнке синтезированного полимера. Продемонстрировано анизотропное формирование поверхностных микроструктур при линейной поляризации лазерного излучения. Изучена зависимость образования микроструктуры от плотности мощности пучка, а также экспериментально исследованы нелинейные оптические эффекты, возникающие в структуре азополимера под действием высокоинтенсивного лазерного луча. Описаны нелинейные эффекты, возникающие при образовании микроструктур при помощи пучков с линейной и эллиптичной поляризацией.
Бесплатно
Исследование характеристик оптических стекол при воздействии факторов космического пространства
Статья научная
В работе приводится описание оптико-электронного устройства ДЧ-ОПТИКА, разработанного авторами статьи и предназначенного для экспериментального исследования изменения оптических свойств стекла при воздействии на поверхность потоков высокоскоростных пылевых частиц микронных размеров. Устройство позволяет в автоматическом режиме измерять индикатрису рассеяния и коэффициент спектрального пропускания для каждой точки образца с шагом 0,5 мм. Особенностью разработанного устройства являются малые габариты и возможность работы в вакууме, что позволяет использовать его в камере ускорителя для моделирования факторов космического пространства. Приведены результаты эксперимента на ускорителе микрочастиц для стекла К-8 с использованием алюминиевой пудры ПАП-1 с характерным размером 1-3 мкм и скоростями 2-8 км/с. Устройство позволяет измерять изменение спектрального пропускания прозрачных материалов в области UV и RGB с точностью 0,005 %, что превосходит чувствительность некоторых известных спектрофотометров.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены варианты использования полупроводниковых оптических усилителей в системах волоконно-эфирной структуры. Получены теоретические оценки параметров работы оптического усилителя, модулятора и детектора, реализованных на базе полупроводникового оптического усилителя, а также оценки параметров этих устройств при использовании полупроводникового оптического усилителя в качестве единого многофункционального оптического устройства: усилитель-модулятор-детектор.
Бесплатно
Исследование электромагнитного поля в одномерных фотонных кристаллах с дефектами
Статья научная
Проведены расчеты с использованием метода трансфер матриц одномерных фотонных кристаллов с элементами беспорядка и наличием дефектов. Амплитуда сигнала электромагнитного поля внутри структуры при частоте дефектной моды выше, чем в случае с другими частотами. Если дефект расположен в центре кристалла, сохраняется вероятность усиления амплитуды сигнала, несмотря на наличие разупорядоченности по толщинам слоев. При увеличении числа слоев в кристалле поле на дефекте усиливается в несколько раз.
Бесплатно
Статья научная
Проведены экспериментальные исследования температурных полей в конструкционной стали 40ХНМА при воздействии лазерных потоков, сформированных фокусаторами излучения. Для определения температуры в зоне лазерного воздействия использовался инфракрасный термометр «Кельвин». Воздействие на объекты полосовых движущихся энергетических источников предоставляет возможность обеспечить выравнивание значений максимальных температур в поперечных сечениях зоны термического влияния, а увеличение плотности мощности лазерного излучения по краям полосы компенсирует повышенный теплоотвод с периферийных участков
Бесплатно
Как астигматическая фаза Гуи формирует и разрушает инварианты структурированного пучка
Статья научная
В статье теоретически и экспериментально исследуются свойства Фурье-инвариантов обобщенного структурированного пучка Лагерра-Гаусса в оптической системе из двух сферических и одной цилиндрической линзы между ними. Первая сферическая линза формирует характерную геометрию обобщенного структурированного пучка Лагерра-Гаусса на входе цилиндрической линзы. Вторая сферическая линза выполняет Фурье-преобразование астигматического пучка. Фотодетектор располагается в фокальной плоскости сферической линзы и смещается вдоль оси пучка вместе с ней. Анализ орбитальных параметров Стокса проводится методами матриц интенсивности второго порядка. Обнаружено, что орбитальные параметры Стокса, включая орбитальный угловой момент, не изменяются при свободном распространении структурированных астигматических пучков любого порядка при любых значениях управляющих параметров и являются их инвариантами. Показано, что даже небольшое нарушение условий Фурье-инвариантности приводит к разрушению Фурье-инвариантов. Процессами формирования и разрушения инвариантов управляет астигматическая фаза Гуи.
Бесплатно
Калибровка взаимного расположения стереокамеры и трёхмерного сканирующего лазерного дальномера
Статья научная
В работе описан метод, позволяющий решать задачу определения взаимного положения многолучевого лидара и стереокамеры. Метод не накладывает никаких ограничений на место, в котором должна проводиться калибровка. Калибровка осуществляется с использованием калибровочного щита, который представляет собой плоский прямоугольник со специальными маркерами. Для калибровки используются трёхмерные соответствия. Вначале осуществляется поиск трёхмерных координат угловых точек калибровочного щита в системах координат камер стереопары, а также в системе координат лидара. Далее с помощью оптимизационных методов осуществляется вычисление параметров калибровки. Проведена серия виртуальных и натурных экспериментов, результаты которых показывают, что предложенный метод позволяет осуществить калибровку с точностью, сравнимой с погрешностью сенсоров. Предлагаемый метод позволяет улучшить точность калибровки за счёт одновременного использования информации с двух камер стереопары и подходит для лидаров как с низкой, так и с высокой плотностью точек.
Бесплатно
Калибровка изображающего гиперспектрометра
Статья научная
Приводится описание точной калибровки гиперспектрометра на основе схемы Оффнера. Рассматривается влияние калибровки на точность регистрации спектральных распределений. Приводятся данные экспериментальных исследований в сравнении с результатами точных измерений спектральных распределений на высокоточном лабораторном спектрометре MS7504i.
Бесплатно
Калибровка оптической системы для трёхмерных измерений в гидродинамической трубе
Статья
Для проведения бесконтактных трёхмерных измерений в гидродинамических трубах фотограмметрическими методами требуется уточнение стандартной модели формирования изображения в съёмочной камере, учитывающее эффект преломления лучей на границах оптических сред, а именно, на границе воздух–стекло и стекло–рабочая жидкость. В статье представлены модель формирования изображения для случая съёмки в рабочем пространстве, включающем различные оптические среды, и методика калибровки оптической системы для проведения трёхмерных измерений координат объектов сцены с учётом имеющихся границ оптических сред. Приведены результаты экспериментальных исследований по калибровке системы трёхмерных измерений для случая съёмки объекта через две границы оптических сред.
Бесплатно
Статья научная
Для четырехволнового преобразователя излучения в двумерном многомодовом волноводе с тепловой нелинейностью при малом коэффициенте отражения проанализировано влияние пространственной структуры волн накачки на качество обращения волнового фронта. Показано, что полуширина модуля функции размытия точки четырехволнового преобразователя излучения по мере уменьшения радиуса Гауссовых волн накачки на гранях волновода уменьшается, наблюдается улучшение качества обращения волнового фронта. Для четырехволнового преобразователя излучения в двумерном волноводе с бесконечно проводящими поверхностями показано наличие точек «генерации», вблизи которых наблюдается резкое увеличение амплитуды объектной волны, вид которой полностью определяется одной из мод волновода.
Бесплатно
Статья научная
При больших коэффициентах отражения исследовано качество преобразования излучения при четырёхволновом взаимодействии на тепловой нелинейности с учетом обратной связи на сигнальную и объектную волны. Показано, что оптимальным режимом работы четырёхволнового преобразователя на тепловой нелинейности является режим, при котором интенсивности волн накачки равны, и происходит компенсация фазового набега, возникающего вследствие самовоздействия волн накачки. При таком режиме работы четырёхволнового преобразователя излучения по сравнению со случаем отсутствия обратной связи на сигнальную и объектную волны с ростом интенсивности волн накачки наблюдается значительное увеличение амплитудного коэффициента отражения. При этом, несмотря на уменьшение ширины полосы пространственных частот объектной волны с ростом интенсивности волн накачки, качество преобразования излучения при наличии обратной связи на сигнальную и объектную волны оказывается лучше, чем при ее отсутствии.
Бесплатно
Когерентная суперпозиция пучков Лагерра-Гаусса с разными длинами волн: цветные оптические вихри
Статья научная
Рассчитан топологический заряд осевой когерентной суперпозиции пучков Лагерра-Гаусса разных «цветов», у каждого из которых своя длина волны и разный топологический заряд. Оказалось, что топологический заряд такой суперпозиции равен топологическому заряду пучка Лагерра-Гаусса с большей длиной волны, независимо от величины весового коэффициента этого пучка в суперпозиции и от величины его топологического заряда. Интересно, что мгновенный топологический заряд такой суперпозиции сохраняется, а распределение интенсивности (усредненное по времени) «цветного» оптического вихря меняет свою световую «гамму»: если в ближней зоне с ростом радиуса цвета световых колец (радуга) меняются согласно их топологическому заряду в суперпозиции от меньшего топологического заряда к большему, то при распространении в пространстве (в дальней зоне) с ростом радиуса цвета колец в радуге располагаются в обратном порядке от большего топологического заряда к меньшему. Показано также, что специальным подбором длин волн (синего, зеленого и красного) в трехцветной композиции однокольцевых пучков Лагерра-Гаусса можно получить на некотором расстоянии усредненное по времени световое кольцо белого цвета.
Бесплатно
Когерентность вихревых псевдобесселевых пучков в турбулентной атмосфере
Статья научная
Проведено теоретическое исследование когерентных свойств вихревых конических волн, распространяющихся в турбулентной атмосфере. При анализе использовалось аналитическое решение уравнения для поперечной функции взаимной когерентности второго порядка поля оптического излучения. Рассматривались следующие характеристики когерентности вихревых конических волн: степень когерентности, радиус когерентности, среднеквадратичный и интегральный масштабы степени когерентности. Проанализирована зависимость этих характеристик от параметров оптического излучения и турбулентной атмосферы. Отмечается наличие высокой чувствительности среднеквадратичного и интегрального масштабов степени когерентности вихревых конических волн, в отличие от радиуса когерентности этих волн, к влиянию атмосферной турбулентности.
Бесплатно
Комбинированные голограммные оптические элементы для индикаторов знако-символьной информации
Статья научная
В статье предложен комбинированный голограммный оптический элемент для оптических систем многоцветных индикаторов знако-символьной информации. Данный элемент сочетает в себе функции четырёхуровневых дифракционных решёток с повышенной дифракционной эффективностью и спектральных плазмонных фильтров с изменяемой полосой пропускания в зависимости от угла падения излучения. Проведённые теоретические исследования свидетельствуют о возможности объединения двух типов элементов в одной комбинированной структуре.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается методика компенсаций аберраций волнового фронта в телескопе космического аппарата. В соответствии с предлагаемой методикой сначала выполняется расчет функции рассеяния точки для диапазона параметров температурного поля и положений зеркал. Затем выбирается наиболее близкое к измеренному расчетное значение функции рассеяния точки, которое принимается за исходное для процедуры оптимизации, в соответствии с которой определяется набор параметров, наиболее точно аппроксимирующих измеренную функцию рассеяния точки.
Бесплатно
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
