Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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
Метаповерхности и перспективы развития компьютерной оптики
Статья научная
Метаповерхности обеспечивают новый шаг в развитии компьютерной оптики, который продолжает этап многофункциональных преобразований света с использованием ультратонких элементов. В отличие от традиционного подхода, основанного на рефракционных и дифракционных оптических элементах, в метаповерхностях используются сложные массивы субволновых структур для управления фазой, амплитудой и поляризацией падающих световых волн. Эта перспективная технология даёт множество преимуществ, включая обеспечение поляризационных преобразований и острой фокусировки с преодолением дифракционного предела, а также компенсации оптических аберраций в значительно более тонком и лёгком формате. Метаповерхности успешно применяются во множестве приложений: от формирования высококачественных изображений до предоставления дополненной реальности, в спектроскопии, мониторинге окружающей среды, в совершенствовании диагностических технологий и медицинского оборудования. Благодаря своей замечательной адаптируемости и исключительным характеристикам метаповерхности обладают огромным потенциалом, позволяющим выйти за рамки, казалось бы, непреодолимых пределов в области световых технологий. В этом обзоре представлены основные приложения метаповерхностей с точки зрения расширения возможностей компьютерной оптики. Обсуждаются проблемы и перспективы развития метаповерхностей, в том числе на основе перестраиваемых устройств и с использованием методов искусственного интеллекта.
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
Статья научная
При численном моделировании распространения излучения сквозь случайную среду для описания имитаторов турбулентности предложено использовать метод генерации случайного поля на основе разложения Карунена-Лоэва с различными типами корреляционных операторов. Свойства рассчитанных имитаторов случайной среды с Гауссовой корреляционной функцией были исследованы при моделировании распространения вихревых пучков Лагерра-Гаусса. Результаты моделирования показали, что увеличение порядка оптического вихря приводит, как и в эксперименте, к меньшей стабильности фазовой сингулярности пучков к случайным оптическим флуктуациям. Близость результатов моделирования и оптического эксперимента свидетельствует о перспективности предлагаемого подхода к синтезу имитаторов случайной среды.
Бесплатно
Статья научная
Для случая фазовых объёмных голограмм показано влияние формфактора голограммы на её дифракционную эффективность. Понятие формфактора вводится по аналогии с классическим, используемым для вычисления усреднённого взаимодействия объектов сложной формы. Здесь понятие формфактора используется для определения усреднённой дифракционной эффективности голограмм, сформированных неравномерными по полю голограмм пучками. Показано, что эти поправки после их вычисления могут быть использованы как коэффициенты в классических формулах дифракционной эффективности. Влияние такого формфактора проявляется только при наличии одновременно двух факторов - нелинейности фотоотклика и неравномерности по полю голограммы формирующих её световых пучков. Предложен метод уменьшения влияния формфактора путём изменения по полю голограммы её видности, например, с помощью изменения степени пространственной когерентности или отношения интенсивности записывающих пучков.
Бесплатно
Статья научная
Предложен метод поляризационного измерения толщины и двулучепреломления X -срезов одноосных кристаллов, заключающийся в измерении спектрального пропускания структуры «поляризатор-кристалл-анализатор». С использованием кристаллов X -среза конгруэнтного ниобата лития с номинальной толщиной 1,052 мм проведена экспериментальная апробация метода и даны практические рекомендации по его использованию. Показана возможность управления преобразованием пучка Бесселя внутри кристалла CaCO3 за счёт изменения его толщины. Экспериментально исследовано управление преобразованием пучков Бесселя нулевого порядка в вихревой пучок Бесселя второго порядка за счёт эффекта теплового линейного расширения кристалла при его нагреве.
Бесплатно
Статья научная
Защитные голограммы применяются в качестве элементов, подтверждающих подлинность документов и различной продукции. Качество защитных голограмм в значительной степени зависит от глубины поверхностного микрорельефа голограммных и дифракционных оптических элементов. Авторами статьи предлагается метод контроля качества защитных голограмм, основанный на непрямых измерениях параметров микрорельефа. В статье представлены результаты теоретических исследований предложенного метода.
Бесплатно
Метод неразрушающего контроля прочности кварцевого оптического волокна
Статья научная
В работе предложен метод неразрушающего контроля прочности оптического волокна по оценкам энергии нелинейной акустической эмиссии, базирующийся на использовании тестируемого оптического волокна в качестве акустического сенсора. Представлены модели процессов, на которых базируется метод. Приведены результаты экспериментальных исследований. Данные, полученные по результатам испытаний образцов оптического кабеля и оптических волокон предложенным методом, сопоставлялись с результатами измерений тех же образцов известным 2-точечным методом. Погрешность относительных оценок прочности тестируемых образцов оптических волокон не превышала 3,0 %. Полученные результаты позволяют говорить о корректности используемых моделей и потенциальной возможности применения предлагаемого метода для неразрушающего контроля прочности оптических волокон, а также о перспективе разработок по применению рассмотренного подхода для неразрушающего контроля прочности оптических волокон в кабеле, в том числе в кабеле на линии, введенной в эксплуатацию.
Бесплатно
Метод обработки микроизображений для анализа структур ТЛИППС
Статья научная
В работе описан метод обработки микроизображений лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур для количественной оценки их упорядоченности и дефектности. Приведены результаты его применения для анализа микроизображений периодических структур, сформированных на плёнках хрома толщиной 30 нм астигматически сфокусированным Гауссовым пучком фемтосекундного лазера. Получены зависимости относительной площади модифицированной этим пучком области, площади дефектов, а также упорядоченности периодических структур от скорости сканирования и мощности записывающего пучка.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются обратные задачи расчёта оптических элементов для формирования заданных распределений освещённости, которые могут быть переформулированы как задачи перемещения масс Монжа-Канторовича. Для всех задач такого типа мы единообразно формулируем метод опорных квадрик и показываем, что он совпадает с градиентным методом для нахождения максимума некоторой вогнутой функции.
Бесплатно
Статья научная
В статье предлагается новый метод, предназначенный для определения матрицы распространения оптического волокна (ОВ) в маломодовом режиме и расчёта соответствующих принципиальных мод. В основе предлагаемого метода лежит идея расширения на базис пространственных мод подхода, известного как Jones Matrix Eigenanalysis (JME), позволяющего определять матрицу распространения и принципиальные состояния поляризации одномодового волокна. В качестве корреляционного фильтра предполагается использование многоканального дифракционного оптического элемента, реализуемого на базе пространственного модулятора света (SLM). Эффективность предложенного метода подтверждается результатами численного моделирования, полученными для маломодового ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления в режиме сильного смешения мод.
Бесплатно
Метод определения суммарной дисторсии цифровых изображений
Статья научная
Описывается метод определения суммарной дисторсии цифровых изображений. Разработан алгоритм решения задачи, который состоит из следующих этапов: создание идеального изображения тестового объекта по его реальному изображению, построение векторной диаграммы дисторсии изображения, нелинейный регрессионный анализ аппроксимируемых функций, решение задачи интерполяции, корректировка изображения детали и восстановление плоского контура детали. В качестве тестового объекта использована квадратная сетка. Модуль "Нелинейное оценивание системы STATISTICA" позволяет разработать математическую модель дисторсии изображения. При использовании полинома третьего порядка величина достоверности аппроксимации исследуемой функции составляет 0,98-0,99. Разработанный метод позволяет повысить точность восстановления контуров плоских деталей, что актуально при использовании систем технического зрения в интеллектуальных робототехнических системах, при распознавании объектов и т.д.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен метод оценки неопределённостей пространственного сопряжения высокоточных деталей. Метод применим при компьютерном проектировании как оптических, так и механических систем с учётом погрешностей изготовления и взаимного расположения их элементов. Другим его применением может являться нахождение более приемлемого варианта сборки и настройки высокоточных оптических систем на основе результатов измерений геометрии сопрягаемых деталей. Метод включает анализ отклонений геометрии деталей по результатам измерений; создание геометрических моделей реальных поверхностей деталей, расчёт взаимного пространственного расположения деталей при моделировании их сопряжений с использованием модернизированного алгоритма ближайших точек (ICP).
Бесплатно
Метод расчета резонансных частот ТЕМ-камеры
Статья научная
Предложен метод расчета резонансных частот и частотных характеристик объемных резонаторов на запертых модах с использованием многомодовых матриц рассеяния. С использованием этого метода выявлены собственные типы волн, обусловливающие резонансы в ТЕМ-камере, определены ее резонансные частоты.
Бесплатно
Метод расчета функции рельефа отражательной дифракционной решетки в приближении Рэлея
Статья
Бесплатно
Метод расчёта вторичной оптики светодиодов для автомобильных фар дальнего света
Статья научная
В данной работе представлен аналитический метод расчёта оптического элемента, формирующего диаграмму направленности, удовлетворяющую требованиям для автомобильных фар дальнего света. Оптический элемент состоит из коллиматора, работающего по принципу полного внутреннего отражения, и микролинзового массива, расфокусирующего световой пучок в горизонтальном направлении и создающего требуемое распределение интенсивности. В качестве примера был рассчитан и промоделирован с различными светодиодами оптический элемент, позволяющий формировать пучок дальнего света классов B, C, D. Результаты моделирования показывают, что при размерах оптического элемента 33 × 23 мм достаточно 2 модулей для формирования пучка света классов B, C и 3 модулей - для пучка класса D.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлен расчёт параметров дифракционного делителя пучка лазерного излучения. Расчёт выполнен для фазового дифракционного оптического элемента на основе бихромированной желатины, применяемого с целью формирования освещающего пучка от «белого» лазера в три пучка лазерного излучения на различных длинах волн.
Бесплатно
Метод расчёта зеркал для формирования заданных двумерных распределений освещённости
Статья научная
Представлен метод расчёта отражающей поверхности, формирующей заданное двумерное распределение освещённости при протяжённом источнике. Метод основан на представлении отражающей поверхности в виде бикубического сплайна и последующей оптимизации её параметров из условия формирования заданного светового распределения. Рассчитаны две отражающих поверхности, формирующие равномерно освещённые прямоугольную и эллиптическую области. Неравномерность распределения освещённости в обоих случаях составила менее 10 %.
Бесплатно
Статья научная
Представлен новый метод расчёта оптических элементов, работающих по принципу полного внутреннего отражения и формирующих сложные двумерные узкоугольные световые распределения. Расчёт поверхностей свободной формы основан на построении кусочно-гладкого решения, формирующего дискретное световое распределение, с дальнейшей аппроксимацией его сплайновой поверхностью. Работоспособность предложенного метода подтверждается приведёнными примерами расчёта оптических элементов. Световая эффективность полученных оптических элементов составляет 91,8 %, а среднеквадратичное отклонение формируемого распределения освещённости от заданного не превышает 8,6 %.
Бесплатно
