Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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
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
Локальный волновой вектор вблизи зон обратного потока энергии в оптических вихрях
Статья научная
В данной работе рассмотрено поведение фазы и локального волнового вектора остросфокусированного оптического вихря с линейной поляризацией. Показано, что области неопределенности фазы соответствуют гигантским значениям локального волнового вектора. В отличие от скалярного приближения, когда теория предсказывает, что при фокусировке оптического вихря с большим топологическим зарядом в фокусе оптический вихрь сохраняется с тем же топологическим зарядом, непараксиальное векторное приближение показывает, что вихрь с большим топологическим зарядом в фокусе всегда распадается на несколько вихрей. Т.е. возникает несколько точек неопределенности фазы (и, как следствие, несколько областей с гигантским волновым вектором). В частности, если топологический заряд равен двум, то в фокальной плоскости наблюдается два смещенных с оптической оси оптических вихря с единичными топологическими зарядами. Если топологический заряд превышает два (т.е. три и выше), то в плоскости фокуса всегда формируется три оптических вихря, два из которых имеют единичный топологический заряд и смещены от оптической оси, а третий вихрь остается на оптической оси и имеет топологический заряд на два меньше, чем изначальный топологический заряд фокусируемого оптического вихря. При этом центры вихрей, смещенных с оптической оси, примерно соответствуют границам зон обратного потока энергии.
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
