Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Моделирование фокусировки линейно-поляризованного света с помощью субволнового бинарного аксикона
Статья научная
Методом разностного решения уравнений Максвелла показано, что при освещении линейно-поляризованным гауссовым лазерным пучком стеклянного бинарного аксикона с субволновым периодом (0,98'lambda') в непосредственной близости от поверхности аксикона на оптической оси формируется эллиптическое фокусное пятно с диаметрами по главным осям 0,26'lambda' и 0,61'lambda' (площадь пятна 0,125'lambda'^2 =(0,29'lambda'^2)/n^2, 'lambda' - длина волны, n - показатель преломления), глубиной фокуса 0,4'lambda', максимальной интенсивностью в фокусе в 45 раз большей максимальной интенсивности падающего света. Это минимальное фокусное пятно, которое можно сформировать с помощью бинарного аксикона с уровнем боковых лепестков меньшим 30%.
Бесплатно
Моделирование фокусировки фемтосекундного импульса эллипсоидом, параболоидом, сферой и полусферой
Статья научная
Численное моделирование FDTD-методом показало, что при фокусировке двух линейно поляризованных импульсов длительностью 1,24 фс и 2,98 фс (с плоским волновым фронтом и центральной длиной волны 532 нм) с помощью кварцевой микросферы с диаметром 2 мкм не происходит временного уширения импульсов, а пространственное уширение немного больше для менее короткого импульса. В отличие от сферы при фокусировке полусферой, параболоидом и эллипсоидом (все с максимальным сечением диаметром 2 мкм) пространственное и временное уширение импульсов происходит нормальным образом: более короткий импульс уширяется больше, чем менее короткий.
Бесплатно
Моделирование формирования изображения зонной пластинки в рентгеновском излучении
Статья научная
Приведены результаты моделирования формирования изображения в жёстком рентгеновском излучении с помощью зонной пластинки (ЗП). Распространение излучения в пространстве моделировалось с помощью интеграла Рэлея-Зоммерфельда, а в ЗП - коммерческой программой BeamProp. Показано, что при формировании изображения ЗП с малой эффективностью необходимо сдвинуть объект от центра и освещать его сходящимся пучком, тогда нулевой порядок дифракции на ЗП не будет мешать формированию изображения в первом порядке. Показано также, что дифракционная решётка с периодом 100 нм отображается ЗП с крайней зоной, равной 50 нм.
Бесплатно
Моделирование формирования изображения космическим гиперспектрометром по схеме Оффнера
Статья научная
В настоящей работе разработана математическая модель формирования изображения, которая позволяет создавать прогнозное гиперспектральное изображение. Модель учитывает формирование оптического изображения с помощью матричного фотоприёмника. В работе приведено численное моделирование формирования гиперспектрального изображения, проведены оценки пространственного, спектрального разрешения, а также адекватности полученных результатов.
Бесплатно
Статья научная
Обсуждается перспективный подход масштабирования характеристик кремниевых нанофотонных модуляторов, выполненных на основе технологии «кремний на изоляторе». Оптические характеристики волноводной структуры изменяются при помощи дисперсии свободных носителей. На основе численных расчётов оптимизируются топологические параметры устройства для достижения высоких модуляционных характеристик.
Бесплатно
Модель многослойного покрытия для искусственного оптического синапса
Статья научная
Выполнены расчеты оптических характеристик тонких пленок теллурида германия (GeTe) в многослойных структурах. Разработана модель многослойного оптического покрытия с четырехуровневым коэффициентом пропускания. По полученным расчетным данным определены значения толщин, при которых происходит наибольшее изменение коэффициента пропускания для модулируемого оптического излучения на длине волны 1550 нм. Изготовлены экспериментальные образцы покрытий с просветленными пленками GeTe, и исследованы их оптические характеристики пропускания. Определены комбинации параметров многослойных структур для реализации контрастных уровней пропускания. Результаты исследования представляют реализацию многоуровневого искусственного оптического синапса для нейроморфных процессоров.
Бесплатно
Модификация кварцевого стекла лазерными импульсами фемтосекундной длительности
Статья научная
Проведено экспериментальное изучение особенностей локальной безразрушительной модификации объема плавленого кварца. Разработана методика измерения показателя преломления в объеме прозрачного образца непосредственно в процессе облучения импульсами фемтосекундного лазера. Точность измерений показателя преломления составила около 10^-5, а пространственное разрешение - единицы микрон. Впервые получены количественные данные по динамике перманентной модификации стекла в зависимости от энергии облучения. Исследована пространственная картина локализации модифицированной области, зависящая главным образом от расходимости лазерного пучка. С помощью фемтосекундной интерферометрии исследована динамика распространения лазерного импульса в аморфном кварце.
Бесплатно
Модификация прибора индикации чистоты и гладкости оптических подложек
Статья научная
В работе предложена и исследована новая конструкция устройства для индикации чистоты и оптического качества поверхности подложки по растеканию капли жидкости, наносимой на её поверхность. Приводятся результаты исследования устройства при экспресс-контроле поверхности стеклянных и ситалловых подложек, в том числе с нанесённым слоем хрома.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается модификация оптического пучка, используемого для оптического захвата биологических микрообъектов. Предложено более эффективное распределение интенсивности в виде полумесяца. Для предложенного распределения изготовлен ДОЭ, экспериментально оценена его дифракционная эффективность. Приводятся теоретические оценки силовых характеристик пучков-полумесяцев, а также результаты экспериментов по оптическому захвату с использованием таких пучков.
Бесплатно
Модифицированные методы призмы для измерения показателя преломления твердых и жидких веществ
Статья научная
Рассмотрены методы измерений показателя преломления оптически прозрачных диэлектрических материалов. Предложены модифицированные методы, основанные на методах наименьшего отклонения и постоянного отклонения, позволяющие определять показатель преломления трехгранных призм с неизвестными преломляющими углами. В предложенных методах производят измерения углов отклонения света на трех гранях призмы, а показатель преломления материала и преломляющие углы определяют из решения системы уравнений. Для реализации предложенных методов применена гониометрическая система, предназначенная для измерения углов между плоскими поверхностями объектов в ручном и автоматизированном режимах. Исследованы образцы в виде образцовой призмы из оптического стекла марки N-SF1 и полой призмы, заполненной дистиллированной водой. Проведено сравнение предложенных методов и оценка погрешности измерений. Показано, что модифицированные методы можно применять для высокоточных измерений показателя преломления в тех случаях, когда преломляющие углы призмы неизвестны или их измерение связано с техническими трудностями.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается задача моделирования распространения электромагнитного излучения в волноводах с продольно-неоднородным распределением показателя преломления. В качестве базового метода моделирования предложен и рассмотрен метод распространяющегося пучка (Beam Propagation Method, ВРМ), выявлены его недостатки. Приведен вывод обобщенных однонаправленных уравнений Гельмгольца, позволяющих нивелировать ряд недостатков традиционного метода. Сформулирован модифицированный метод распространяющегося пучка, основанный на предложенных уравнениях, описана область его применимости.
Бесплатно
Модуляционная неустойчивость волновых пакетов в неоднородных двухмодовых световодах
Статья научная
Исследованы условия возникновения модуляционной неустойчивости волнового пакета в двухмодовом световоде c экспоненциальным профилем неоднородности дисперсии групповых скоростей по длине световода. Получены аналитические выражения интегрального инкремента усиления гармонического возмущения и других важных характеристик, определяющих динамику модуляционной неустойчивости двух взаимодействующих мод в световоде с заданным типом неоднородности.
Бесплатно
Моды планарного градиентного гиперболического секансного волновода
Статья научная
Получены аналитические выражения для ТЕ- и ТМ- мод планарного гиперболического секансного (ГС) волновода, которые являются частным случаем более общих мод, распространяющихся в волноводах Эпштейна. Получено выражение для периода Тальбота (или фокусного расстояния) для ТЕ-мод в планарном ГС-волноводе, и показано, что для ТМ-мод не возникает периодичность и нет фокусировки в ГС-волноводе. Получены выражения для полной ширины по полуспаду интенсивности и нормированной интенсивности для основной ТЕ-моды в ГС-волноводе, и найдены параметры ГС-волновода, при которых ширина основной моды минимальна и равна 0,11 от длины волны. С помощью моделирования программой FullWAVE показано модовое распространение световых полей с начальными аналитически полученными амплитудами в ограниченных ГС-волноводах и периодическое повторение немодовых световых полей в волноводе с периодом Тальбота. С помощью моделирования также показано, что ГС-линза, являющаяся "куском" ГС-волновода, фокусирует плоскую ТЕ-волну в субволновое фокусное пятно шириной по полуспаду интенсивности 0,131 от длины волны.
Бесплатно
Моды шепчущей галереи в диэлектрическом цилиндре с круглым сечением
Статья научная
При дифракции плоской монохроматической ТЕ-волны на идеальном однородном диэлектрическом цилиндре с резонансным радиусом в несколько длин волн вблизи поверхности на выходе из цилиндра на оптической оси формируются два последовательных максимума интенсивности (два фокуса). Первый субволновый фокус формируется одним из лепестков моды шепчущей галереи, его интенсивность в 50 раз больше интенсивности падающего света, а ширина по полуспаду интенсивности может быть равна 0,155 длины волны. Второй фокус в 2 раза меньше по интенсивности и удлинён, его называют фотонной струей, он формируется на расстоянии около длины волны от поверхности цилиндра и имеет ширину 0,44, а длину - две длины волны. Численно исследованы возможности фокусировки света двухслойным цилиндром, и рассмотрено влияние поглощения материалов на результат фокусировки.
Бесплатно
Может ли радиальное число вихревых мод управлять орбитальным угловым моментом?
Статья научная
В общем случае стандартный пучок Лагерра-Гаусса, состояние которого задаётся двумя квантовыми числами - радиальным числом n и азимутальным числом l (или топологическим зарядом вихря, переносимым пучком Лагерра-Гаусса), является неустойчивым относительно слабых возмущений. Это нетрудно заметить, если разложить комплексную амплитуду пучка Лагерра-Гаусса по модам Эрмита-Гаусса, общее число которых равно N = 2 n + l +1. Изменяя амплитуды и фазы коэффициентов разложения с помощью возмущающих параметров, можно существенно трансформировать первоначальную радиально симметричную структуру пучка Лагерра-Гаусса. Мы назвали композицию мод Эрмита-Гаусса, зависящую от двух возмущающих параметров (амплитудный параметр e, фазовый параметр q), структурированным пучком Лагерра-Гаусса. При изменении этих параметров орбитальный угловой момент структурированного пучка Лагерра-Гаусса меняется в интервале (-l, l), а полный топологический заряд - в интервале (-2 n - l, 2 n + l). При n = 0 изменение орбитального углового момента в интервале (-l, l) является плавным, а с ростом n поведение орбитального углового момента становится всё более осциллирующим. Число минимумов (максимумов) осцилляций равно радиальному числу в интервале q = (0, p) и q = (p, 2p), а их амплитуда нелинейно зависит от разности l - n , за исключением точки q = p, где сЛГ-пучок становится вырожденным. Если же l = 0, то орбитальный угловой момент = 0 и в структуре структурированного пучка Лагерра-Гаусса возникает либо симметричный массив вихрей с противоположными знаками топологического заряда, либо узор краевых дислокаций, число которых равно радиальному числу n . Также мы обнаружили, что, несмотря на быстрые осцилляции орбитального углового момента, абсолютное значение полного топологического заряда структурированного пучка не изменяется при вариации как амплитудного e, так и фазового параметра q, но зависит исключительно от исходного состояния ( n , l) пучка Лагерра-Гаусса и равно модулю (2 n + l).
Бесплатно
Наблюдение оптического эффекта "углового трактора" в пучке Бесселя
Статья научная
В работе изучается оптический эффект «углового трактора», заключающийся в том, что в вихревом лазерном пучке с радиальной симметрией с положительным/отрицательным топологическим зарядом и левой/правой круговой поляризацией на разных радиусах от центра пучка в поперечном сечении поток световой энергии вращается в разных направлениях (по часовой или против часовой стрелки). Показано, что этот эффект имеет место как для параксиальных вихревых пучков, так и в фокусе апланатической системы при фокусировке непараксиального оптического вихря. Экспериментально продемонстрировано движение диэлектрических микрочастиц в пучке Бесселя 3-го порядка с круговой поляризацией в разные стороны (по часовой и против часовой стрелки).
Бесплатно
Наноразмерные эффекты в полевой эмиссии электронов ультратонкими металлическими плёнками
Статья научная
В рамках метода гамильтониана переноса Бардина рассматривается полевая эмиссия электронов наноразмерными структурами. Предложена модель, в которой учитывается конечный размер эмиттера в направлении эмиссии электронов. Эмиссия рассматривается как туннельный переход между двумя многочастичными электронными квантовыми состояниями. Получены формулы и предложен алгоритм вычислений. В упрощённой модели выполнены численные оценки на величину наноразмерных эффектов в процессах полевой эмиссии электронов ультратонкими металлическими плёнками.
Бесплатно
Нанофокусировка с помощью заострённых структур
Статья научная
В работе показана возможность нанофокусировки в ближнем поле не только с помощью металлических, но также и диэлектрических структур с резкими краями. Исходя из векторных интегралов Рэлея-Зоммерфельда, показан эффект экстраординарного усиления продольной компоненты электромагнитного поля вблизи разрывов функции падающего поля, связанных с резкими скачками в рельефе оптического элемента. Методом конечных элементов выполнено моделирование дифракции электромагнитного излучения на остриях металлических структур, а также диэлектрических структур, имеющих высокий показатель преломления. Показано, что получаемый размер фокусного пятна по полуспаду интенсивности FWHM (full width at a half maximum) почти прямо пропорционально зависит от радиуса кривизны острия структуры. Для острой фокусировки предложена оптическая схема, состоящая из накопителя, собирающего и направляющего излучение на нанофокусатор. В качестве накопителя предлагается использовать рефракционный аксикон, собирающий излучение на свою вершину, где располагается нанофокусатор - алюминиевая или кремниевая наносфера. При этом необходимо освещать аксикон пучком с вихревой фазовой зависимостью первого порядка или радиально-поляризованным пучком. Предложенная схема способна обеспечить локализацию излучения в световом пятне размером FWHM = l/400.
Бесплатно
Нахождение констант распространения методом Крылова при расчете мод фотонных волноводов
Статья научная
В работе численно исследована эффективность метода Крылова решения нелинейной задачи на собственные значения при расчете констант распространения собственных мод фотонного волновода. Матрица этой нелинейной задачи на собственные значения имеет размерность N Ч N, где N пропорционально числу локальных синусоидальных мод, с помощью которых аппроксимируются собственные моды волновода.
Бесплатно
Некогерентный голографический коррелятор на основе микрозеркального модулятора
Статья научная
Рассмотрена возможность применения в оптическом корреляторе микрозеркального модулятора в качестве устройства вывода голографических фильтров при квазимонохроматическом пространственно-некогерентном входном излучении. Представлена экспериментальная установка оптического коррелятора, собранная по схеме с одним объективом. Проведены эксперименты по распознаванию тестовых объектов при динамическом выводе синтезированных голографических фильтров на модулятор. Полученные результаты позволяют сделать вывод об успешном распознавании объектов в некогерентном корреляторе при использовании микрозеркального модулятора.
Бесплатно
