Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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
Статья научная
В приближении геометрической оптики рассмотрен метод расчёта преломляющего оптического элемента с двумя рабочими поверхностями, преобразующего падающий пучок с плоским волновым фронтом в выходной пучок, формирующий заданное распределение освещённости и заданный волновой фронт. Приведены примеры расчёта оптических элементов, формирующих заданные распределения освещённости и сферические волновые фронты (сходящиеся и расходящиеся гомоцентрические пучки). Представленные примеры демонстрируют хорошие рабочие характеристики метода.
Бесплатно
Статья научная
Предложен метод расчёта функции эйконала светового поля (или фазовой функции), обеспечивающей формирование требуемого распределения освещённости в приближении геометрической оптики. В рамках метода задача расчёта функции эйконала сформулирована в полудискретной форме как задача максимизации вогнутой функции. Для решения задачи максимизации используется градиентный метод, при этом для градиента получены аналитические выражения. С использованием предложенного метода рассчитана функция эйконала, обеспечивающая формирование «разрывного» распределения освещённости в виде изображения гексаграммы. Показано, что использование полученного геометрооптического решения в качестве начального приближения в итерационном алгоритме Гершберга-Сакстона позволяет рассчитывать дифракционные оптические элементы с квазирегулярной структурой микрорельефа.
Бесплатно
Метод секционирования многослойных объектов на основе модели рассеяния света
Статья научная
Рассматривается задача секционирования изображений многослойных объектов из наблюдаемых изображений, полученных при фокусировке изображающей системы на каждый слой и содержащих паразитные размытые изображения соседних слоев. Для описания размытия используется свертка с ядром, отвечающим физической модели некогерентного рассеяния света в приближении Френеля с априори неизвестными параметрами функции рассеяния точки. Предлагается метод граничного разделения секционирования, сочетающий использование данной физической модели размытия с современными методами оценки степени размытия и выделения границ на изображениях. Анализируются результаты тестирования метода граничного разделения на данных физических экспериментов с модельными многослойными объектами разных масштабов, и проводится качественное сравнение с существующими методами решения задачи оптического секционирования. Делается вывод о наибольшей эффективности метода на многослойных объектах с четко выделенными границами, на которых метод продемонстрировал практически полное восстановление искомых слоев.
Бесплатно
Статья научная
Разработан метод синтеза композиционных наноматериалов металл/оксид импульсно-периодическим лазерным воздействием на примере металл-полупроводникового нанокомпозита ZnO/Cu. Осуществлён новый подход к созданию структур композиционных слоистых наноматериалов на основе нановолокон оксида цинка. Впервые для синтеза таких материалов использовался нагрев лазерным излучением с регулируемым распределением плотности мощности. Нагрев на воздухе фольги из латуни импульсно-периодическим лазерным воздействием интенсифицирует окисление поверхности материала. Предпочтительное образование ZnO обусловлено более высокой, чем у меди, скоростью окисления цинка, а также диффузией цинка к поверхности. Длина нановолокон оксида цинка при реализации выбранных режимов лазерного воздействия не превышает 5 мкм.
Бесплатно
Метод согласованных квадрик для коллимированных пучков
Статья
В статье рассматривается задача расчета преломляющего элемента с двумя поверхностями, формирующего плоский фронт и заданное распределение освещенности. Формулируется метод согласованных квадрик для расчета данного оптического элемента, и показывается, что данный метод совпадает с градиентным методом для некоторого функционала, связанного с задачей перемещения масс Монжа–Канторовича. Это дает возможность адаптивного выбора шага в методе согласованных квадрик. В конце статьи приводится расчетный пример.
Бесплатно
Статья научная
Предложен и экспериментально реализован метод повышения качества изображения рассеивающего объекта, восстанавливаемого с искусственной Фурье-голограммы, созданной путём нанесения на спеклограмму квазиинтерференционных полос с пространственным сдвигом при переходе от одного спекла к соседнему. Метод основан на разделении спеклограммы на фрагменты, восстановлении изображения от каждого из фрагментов, некогерентном суммировании изображений и формировании усреднённого по интенсивности суммарного изображения.
Бесплатно
Метод формирования дифракционного микрорельефа на основе послойного наращивания фоторезиста
Статья
Бесплатно
Статья научная
Для расчета дифракционной эффективности дифракционных оптических элементов с двухслойной микроструктурой и двумя внутренними пилообразными рельефами в рамках строгой электромагнитной теории дифракции предложен подход, предполагающий расчет эффективности элемента в целом через эффективность каждой зоны микроструктуры в отдельности. Данный подход положен в основу методики расчета дифракционной эффективности, которая учитывает нормированную площадь каждой зоны двухслойной микроструктуры, температурные зависимости глубин обоих рельефов и их показателей преломления, а также локальное взаимное смещение слоев микроструктуры из-за разницы коэффициентов теплового расширения их материалов. Представлен математический аппарат предложенной методики, минимизирующий вычислительную трудоемкость, а её эффективность продемонстрирована на примере расчета дифракционной эффективности дифракционного элемента сверхвысокоапертурного рефракционно-дифракционного атермального двухдиапазонного инфракрасного объектива. Показано, что из-за перепада температуры эксплуатации (от – 40°С до + 60°С) дифракционная эффективность падает не более чем на 7 % во всем рабочем спектральном диапазоне (3,5 – 5,2 мкм; 7,5 – 11,4 мкм) и допустимом интервале углов (от – 14°до + 14°) падения излучения на микроструктуру.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена разработке методики первичной юстировки волоконной линзы и канального волновода фотонной интегральной схемы с использованием методов компьютерного зрения. Описана конструкция и основные узлы системы технического зрения с освещением юстируемых объектов в отраженном свете. Методика включает поиск пространственного положения торца фотонной интегральной схемы, зафиксированной под углом 90 ± 1° к горизонтальной оси кадра, поиск координат кончика и угла волоконной линзы и последующую корректировку положения волоконной линзы с помощью системы манипуляторов. Представлены метод поиска и отбора единственной линии, соответствующей торцу фотонной интегральной схемы, с помощью преобразования Хафа; способы группировки разрывных контуров волоконной линзы и поиска истинного контура на основе априорной информации о геометрии линзы; варианты подавления шумов и учета различных дефектов на изображениях. Экспериментально показано, что погрешность определения угла волоконной линзы зависит от расстояния между линзой и торцом фотонной интегральной схемы. Установлено, что представленная методика позволяет определять продольное и угловое смещения между волоконной линзой и торцом фотонной интегральной схемы с абсолютными значениями погрешностей
Бесплатно
Статья научная
Предложена методика измерений и описан алгоритм функционирования интеллектуального модуля волоконно-оптического анализатора. Разработана и приведена конструкция установки для обнаружения ранней катаракты глаза на основе волоконно-оптического анализатора. Описана математическая модель установки для обнаружения ранней катаракты глаза с оптической насадкой.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены методология и алгоритмы получения дальностных 3D-портретов объектов по 2D-распределениям интенсивности усеченных реализаций отраженного лазерного излучения. Исследованы методические и инструментальные аспекты повышения разрешающей способности 3D-портретов по глубине рельефа поверхности. Получены уравнения зависимости разрешающей способности по рельефу от оптического контраста поверхности объекта. Показано, что разрешающая способность может быть менее 1 см. Предложенная методология и алгоритмы при одинаковой мощности зондирующих импульсов позволяют в десятки раз увеличить дальность действия 3D-лидаров по сравнению с ToF-технологией на основе алгоритмов «Range gated imagers», а также обеспечивают возможность реализации данной методологии на общедоступной элементной базе без необходимости применения специализированных интегральных ToF-процессоров.
Бесплатно
Статья научная
Описаны методы, алгоритмы и средства малоракурсной спектрально-томографической диагностики параметров плазменных потоков: пространственное распределение локальных температур, концентраций для малогабаритных плазменных эжекторов (двигателей ориентации, малой тяги).
Бесплатно
Статья научная
Развитие специализированных неразрушающих методов контроля оптических элементов с микрорельефом необходимо для освоения производства дифракционных, микрооптических и конформальных элементов. В лаборатории дифракционной оптики ИАиЭ СО РАН разработано и исследовано несколько различных подходов к характеризации разнообразных типов оптических элементов с микрорельефом на промежуточных и финальной стадии их изготовления, направленных на контроль погрешностей волнового фронта, глубины травления и дифракционной эффективности бинарных и многоуровневых элементов. В работе дан обзор разработанных методик и измерительных схем с учетом специфики параметров контролируемых элементов и областей их применения. Приведены результаты контроля конкретных изготовленных элементов.
Бесплатно
Методы определения орбитального углового момента лазерного пучка
Статья научная
Предложены и исследованы численно и экспериментально два метода определения орбитального углового момента параксиальных лазерных пучков. Один метод основан на регистрации интенсивности в зоне Френеля, численном усреднении этой интенсивности по углу на дискретных радиусах и решении линейной системы уравнений для нахождения квадратов модулей коэффициентов разложения светового поля по базисным функциям. Другой метод основан на регистрации двух распределений интенсивности в Фурье-плоскости двух цилиндрических линз, повернутых друг относительно друга на 90°, и вычислении моментов первого порядка для измеренных интенсивностей. Экспериментальная ошибка определения небольших дробных значений орбитального углового момента (до 4) - около 1 %, а для больших дробных значений (до 30) - около 8 %.
Бесплатно
Методы формирования профиля поверхности дифракционных оптических элементов
Статья научная
Приводится обзор результатов исследования фотолитографического метода изготовления высокоэффективных дифракционных оптических элементов (ДОЭ), основанного на применении только одного фотошаблона с двумя градациями пропускания. Для бинаризации непрерывной функции пропускания дифракционного элемента применена техника растрирования полутоновых изображений, а для экспонирования светочувствительной среды - некогерентная пространственная фильтрация в сочетании с обычным фотолитографическим процессом. Анализируется зависимость дифракционной эффективности ДОЭ от параметров фотошаблона, методов бинаризации и погрешностей изготовления. Проведено сравнение характеристик предложенного метода с известным - многоуровневым методом. Рассмотрены особенности изготовления ДОЕ с непрерывным фазовым профилем, основанные на проекционной, контактной и рентгеновской литографии. Приведены результаты экспериментального исследования. Показана возможность изготовления ДОЭ с дифракционной эффективностью более 80% с помощью только одного фотошаблона.
Бесплатно
