Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Лазерная печать отдельных пикселей нанополос графена
Статья научная
Продемонстрирована возможность лазерной печати на кремниевую подложку пикселей нанополос графена с сохранением целостности их структуры и формы в соответствии с облучаемым лазерным пятном. Для осуществления переноса мишень, состоящая из прозрачной сапфировой пластины и поглощающей тонкой пленки титана (толщиной 500 нм), покрытой пленкой, состоящей из нанополос графена, облучалась эксимерным лазером KrF (λ=248 нм, τ=20 нс). Определены оптимальные условия лазерного облучения, и разработана система переноса углеродного наноматериала с ростовой никелевой поверхности на титановую пленку с созданием более прочных связей между нанополосами. Спектроскопия комбинационного рассеяния света подтвердила сохранение после лазерного переноса структурных особенностей синтезированных атомарно-точных нанополос графена шириной 7 атомов углерода с краем типа «кресло».
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 Айнса–Гаусса как суперпозиция пучков Эрмита–Гаусса или Лагерра–Гаусса
Статья научная
В работе найдены явные аналитические выражения для пучков Айнса–Гаусса (АГ) для нескольких первых значений индекса p = 3, 4, 5, 6. Ранее были получены явные выражения для амплитуд пучков АГ для случая p = 0, 1, 2 и без зависимости от параметра эллиптичности. Всего в работе приведено выражений для амплитуд 24 пучков АГ. Эти формулы записаны как суперпозиции пучков Лагерра–Гаусса (ЛГ) и Эрмита–Гаусса (ЭГ), а коэффициенты этих суперпозиций явно зависят от параметра эллиптичности. Одновременная запись мод АГ через моды ЛГ и ЭГ позволяет легко найти, чему равны моды АГ в предельных случаях, когда параметр эллиптичности равен нулю или бесконечности. Явная зависимость полученных выражений для мод АГ от параметра эллиптичности позволяет изменять форму интенсивности в сечении пучка с помощью непрерывного изменения значений параметра. Впервые получены распределения интенсивности для пучков АГ при отрицательных значениях параметра эллиптичности.
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
Лазерные пучки Эрмита-Гаусса с орбитальным угловым моментом
Статья научная
Рассмотрены вихревые моды Эрмита-Гаусса (ВЭГ-моды), комплексная амплитуда которых пропорциональна многочлену Эрмита n-й степени, аргумент которого зависит от действительного параметра a. При |a| 0). При |a| > 1 у ВЭГ-моды аналогичные изолированные нули лежат на горизонтальной оси. При |a| = 1 все n изолированных нулей собираются на оптической оси в центре пучка и порождают оптический вихрь n-го порядка, и ВЭГ-мода совпадает с модой Лагерра-Гаусса порядка (0, n), а при a = 0 ВЭГ-мода совпадает с модой Эрмита-Гаусса порядка (0, n). Рассчитан орбитальный угловой момент ВЭГ-мод, который зависит от параметра a и меняется от 0 (при a = 0 и a → ∞) до n (a = 1). Результаты эксперимента согласуются с теорией.
Бесплатно
Статья научная
Исследованы резонансные магнитооптические свойства субволновых металлических дифракционных решеток на подложке из равномерно намагниченного диэлектрика. Особое внимание уделено аномалиям Рэлея-Вуда. Установлено, что на частотах возбуждения поверхностного плазмона наблюдается резонанс угла Фарадея. Показана возможность влияния на магнитооптические эффекты посредством использования наноструктур
Бесплатно
Статья научная
Проведено моделирование дифракции линейно-поляризованного излучения на бинарном дифракционном аксиконе с высокой числовой апертурой методом FDTD. В работе решается задача максимизации продольной компоненты электрического поля при различных параметрах пучков, падающих на оптический элемент, а также параметрах аксикона. Показана возможность увеличения продольной электрической компоненты линейно-поляризованного поля на выходе аксикона за счёт внесения в падающий пучок фазового скачка перпендикулярно плоскости поляризации и увеличения показателя преломления аксикона.
Бесплатно
Манипулирование светопоглощающими частицами в воздухе с помощью массивов световых «бутылок»
Статья научная
В работе продемонстрирован оптический захват и перемещение агломераций наночастиц углерода как с помощью одиночных световых «бутылок», так и с помощью массивов таких ловушек. Для формирования световых ловушек были использованы дифракционные оптические элементы (ДОЭ), рассчитанные с помощью метода, в основе которого лежит использование суперпозиции пучков Бесселя. Благодаря структуре таких ловушек удалось осуществить трёхмерное перемещение захваченных микрообъектов.
Бесплатно
Манипуляция микрообъектами с помощью линейных ловушек, формируемых вихревыми аксиконами
Статья научная
Рассмотрен метод формирования линейных световых ловушек с помощью вихревых аксиконов. Представлены результаты эксперимента по захвату и перемещению полистироловых микрочастиц диаметром 5 мкм. Экспериментально подтверждена анизотропия силы захвата такой линейной ловушки.
Бесплатно
Статья научная
В работе предлагается метод компенсации искажений, вызванных смешением мод в системах передачи с модовым мультиплексированием, основанный на оптической обработке сигнала. Предлагаемый метод базируется на пространственно-спектральной взаимосвязи между модовым составом и распределением электромагнитного поля в лазерном пучке, а также на использовании дифракционного оптического элемента, программируемого в режиме реального времени. Данный метод перспективен в плане снижения вычислительной сложности телекоммуникационных систем с модовым мультиплексированием и значительного повышения скорости передачи данных в модовых каналах благодаря исключению сложной цифровой обработки сигнала при компенсации смешения мод.
Бесплатно
Статья научная
Представлен сравнительный анализ математических моделей поляризационной модовой дисперсии высших порядков на основе матриц Джонса. Показано, что ограниченная экспоненциальная модель и модель на основе ряда Тейлора не дают хорошей аппроксимации поляризационной модовой дисперсии высших порядков из-за инфинитности модуля вектора дисперсии по отношению к частоте. Более точно соответствуют поляризационной модовой дисперсии реального волокна аналитическая модель, описывающая вектор дисперсии как вращение по замкнутой кривой в пространстве Стокса, и модель, рассматривающая отдельно элементы матрицы, зависящие и не зависящие от частоты. Кроме того, с помощью модели вращения по замкнутой кривой в пространстве Стокса может быть получено аналитическое выражение уширения импульса, которое часто выбирается в качестве параметра качества системы связи. Недостатком всех представленных моделей является то, что они лишь аппроксимируют физический процесс, а не описывают точно, что связано с непредсказуемостью и стохастичностью дисперсии поляризационных мод.
Бесплатно
Статья научная
Создается оригинальная система контроля геометрии зеркал обсерватории «Миллиметрон» для работы в составе бортового комплекса научной аппаратуры. Система предназначена для контроля качества зеркальной системы космического телескопа и использования получаемых данных в качестве сигналов «обратной связи» для предварительной настройки и юстировки оптической системы телескопа в космическом пространстве. Задачей системы является определение многомерного вектора неизвестных параметров состояния зеркальной системы телескопа по косвенным измерениям, получаемым в результате обмера телескопа 3D-сканером. Создана не имеющая аналогов математическая модель, численно описывающая процесс предварительного обмера зеркальной системы обсерватории «Миллиметрон» с использованием оптических контрольных меток на поверхности зеркальной системы. На базе созданной математической модели осуществлено численное моделирование работы бортового 3D-сканера при предварительном обмере зеркальной системы обсерватории «Миллиметрон» с использованием оптических контрольных меток на поверхности зеркал в приближении геометрической оптики. Разработан новый эффективный метод предварительной оценки смещения элементов зеркальной системы телескопа по косвенным (неявным) измерениям, выполняемым 3D-сканером. Метод основан на математическом преобразовании косвенных измерений отклонений положения контрольных меток зеркал телескопа от их эталонного положения, на выходе которого выдается список оценок смещений неизвестных параметров элементов зеркальной системы, задаваемых удобным образом. Показана возможность обмера зеркальной системы телескопа с целью его предварительной настройки при использовании 3D-сканера на борту космического аппарата. Приведены оценки допустимых отклонений компонент зеркальной системы, необходимые для обеспечения функциональности телескопа.
Бесплатно
Статья научная
Методами классической электродинамики рассматривается наклонное падение плоской электромагнитной волны на планарный анизотропный неоднородный слой с кручением, в котором оптическая ось меняет направление относительно плоскости падения. Рассматривается общий случай, когда все компоненты тензора диэлектрической проницаемости среды не равны нулю и являются функциями поперечной координаты в слое. С помощью метода Вентцеля - Крамерса - Бриллюэна в начальном приближении получено матричное решение 4×4 для проекций полей электромагнитной волны в неоднородной анизотропной среде. Выполнен расчёт матричных коэффициентов отражения, показана их зависимость от угла кручения среды.
Бесплатно
Металинза для детектирования оптических вихрей с дробным топологическим зарядом
Статья научная
В работе рассмотрена металинза для детектирования падающего поля, имеющего изначально дробный топологический заряд в диапазоне от –2 до 0. Металинза построена на базе спиральной зонной пластинки с топологическим зарядом –1,5. Моделирование показало, что изменение топологического заряда у фокусируемого падающего пучка приводит к смещению его фокусного пятна из центра на оптической оси и изменению величины его максимума, что влечет изменение интенсивности на оптической оси в 6,9 раз при изменении топологического заряда падающего пучка в диапазоне от –0,6 до –1,5. На интенсивность в фокусе на оптической оси влияет также поворот пучка с дробным топологическим зарядом. Это дает возможность с помощью рассматриваемой металинзы измерять угол поворота падающего пучка в диапазоне от 0 до 110°.
Бесплатно
Статья научная
Рассчитана трёхуровневая спиральная металинза в плёнке аморфного кремния, рельеф которой состоит из двух субволновых решёток с периодом 220 нм (для длины волны 633 нм) и глубиной 90 нм и 170 нм, которая при освещении светом с линейной поляризацией формирует оптический вихрь с топологическим зарядом 2 и левой круговой поляризацией. Распределение интенсивности в фокусе на расстоянии 633 нм от поверхности металинзы имеет вид круглого субволнового кольца, а продольная проекция вектора Пойнтинга на оптической оси отрицательная (обратный поток энергии). Две субволновые решётки с разной глубиной работают как четвертьволновые пластинки и преобразуют линейную поляризацию в круговую, но с задержкой по фазе на половину длины волны. Такая металинза выполняет функции трёх оптических элементов: четвертьволновой пластинки, спиральной фазовой пластинки и дифракционной микролинзы с высокой числовой апертурой (близкой к единице).
Бесплатно
Металло-диэлектрическая линза Микаэляна
Статья научная
Моделируется прохождение света через планарные линзы Микаэляна, созданные на основе фотонно-кристаллических и композитных металло-диэлектрических сред. Показано, что увеличение апертуры фотонно-кристаллической линзы с помощью градиентной композитной среды повышает интенсивность в фокальном пятне в 2 раза. Использование металло-диэлектрической среды позволяет осуществлять фокусировку ТМ-волны при отражении ТЕ-волны.
Бесплатно
Статья научная
Представлен метод вычисления разности двух произвольных пространственных фазовых распределений, восстановленных с цифровых голограмм. Предложенный метод применим в двухэкспозиционной цифровой голографической интерферометрии, особенно для случаев оценки возмущений между экспозициями на сильно зашумлённых или промодулированных спекл-структурой цифровых голограммах, поскольку для вычисления разности фаз не используется процедура получения абсолютных значений фазы для каждого из фазовых распределений. Вместо этого, по аналогии с классическим интерферометрическим методом двух экспозиций, на основе восстановленных распределений амплитуды и фазы рассчитывается интерференционная картина двух предметных волн, которая затем восстанавливается как цифровая голограмма тем же самым методом, который использовался для восстановления физически зарегистрированных голограмм. Преимущества предложенного метода наглядно представлены в численном эксперименте по вычислению разности фазовых распределений волновых фронтов, промодулированных спекл-структурой, и в физическом эксперименте по наблюдению динамики нагрева водного раствора фотосенсибилизатора лазерным излучением. Исследовано поведение предложенного метода в случае восстановления зашумлённых цифровых голограмм с различным уровнем шума.
Бесплатно
