Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Моделирование дифракции света на полуплоскости методами геометрической оптики
Статья научная
Предлагается математическая модель пространственного распределения потока излучения, который возникает при дифракции плоской волны на полуплоскости. В этой модели пространственное распределение потока излучения описывают лучи с нанизанными на них потоками излучения. Особенностью предлагаемой модели является то, что нанизанные на лучи потоки излучения складываются алгебраически.
Бесплатно
Статья научная
Предложен математический аппарат, проведены исследования изображения в плоскости регистратора гиперспектрометра по схеме Оффнера, определены условные допуски на положение элементов спектрометра. Результат моделирования совместного действия погрешностей показал, что вероятность удачной сборки гиперспектрометра с соблюдением требований по качеству изображения будет не меньше 0,9.
Бесплатно
Статья научная
Предложена модель объектива-суперахромата, состоящая из бесконечно тонких корректора хроматизма и силовой положительной линзы. С использованием этой модели исследовано влияние материалов линз корректора на максимальную по модулю оптическую силу его рефракционных линз. Исследование охватывало свыше тысячи наименований марок стекла и оптических пластмасс, что позволило достоверно оценить возможности рефракционного и рефракционно-дифракционного корректора хроматизма и прогнозировать целесообразность использования корректора того или иного типа.
Бесплатно
Моделирование и расчет голограммного комбинера виртуального дисплея
Статья научная
Представлены пути и приёмы моделирования и расчёта голограммного комбинера виртуального дисплея, позволяющие, с одной стороны, обеспечить высокую и не зависящую от полевого угла дифракционную эффективность голограммы Денисюка, а с другой - в максимальной степени реализовать преимущества, открывающиеся благодаря замене на голограммный комбинер многослойного диэлектрического зеркала.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена поиску биологически мотивированного механизма когнитивного феномена нарушения классической формулы полной вероятности для дизъюнкции несовместных событий, относимого рядом исследователей к категории квантово-подобных. Показан классический механизм, не требующий обращения к квантовой механике ни по физической сути, ни на уровне формализма и реализуемый 6 f - схемой голографии Фурье резонансной архитектуры. Рассмотрение проведено в рамках задачи принятия решения как оценки альтернатив на примере некооперативной игры «Дилемма заключенного». Подход к проблеме основан на поиске механизма формирования условной оценки при условии, противоречащем правилу монотонной логики принятия решения. Показано, что эта оценка, в отличие от безусловной и условной при непротиворечащем условии, формируется логикой с исключением. Кольцевая архитектура голографической схемы соответствует биологически обоснованной нейросетевой концепции кольца возбуждения и реализует когнитивный диссонанс на логике с исключением. Аналитически определены условия и границы диапазона нарушения классической формулы полной вероятности в зависимости от радиуса корреляции эталонного образа, записанного на голограмме, хранящей правило вывода монотонной логики. Аналитическая модель подтверждена количественным совпадением результатов численного моделирования с опубликованными результатами натурных экспериментов.
Бесплатно
Моделирование методом голографии Фурье ментальных особенностей лица, принимающего решение
Статья научная
Рассмотрена задача моделирования методом голографии Фурье индивидуальных ментальных особенностей лица, принимающего решение. Решение понимается как выбор из альтернатив. Задача рассмотрена для моделируемой некооперативной игрой «Дилемма заключенного» ситуации противоречия текущих условий ранее усвоенному правилу логики принятия решения. Подход основан на тезисе о коррелированности ментальных особенностей со свойствами материального носителя интеллекта, в качестве которого взята 6 f -схема голографии Фурье кольцевой архитектуры. Схема рассмотрена как трехслойная нейросеть, соответствующая нейрофизиологической концепции «кольца возбуждения» А.М. Иваницкого и порождающая логику с исключением. Дана аналитическая оценка зависимости границы нарушения классической формулы полной вероятности для дизъюнкции несовместных событий от радиуса корреляции эталонного образа и характеристик низкочастотных фильтров на голограммах, хранящих правила принятия решения и исключения из него. Аналитические результаты подтверждены результатами численного моделирования.
Бесплатно
Моделирование микрометалинзы с высокой числовой апертурой и разным числом секторов
Статья научная
Численно с помощью разностного решения уравнений Максвелла показано, что бинарная микролинза с единичной числовой апертурой в тонкой плёнке аморфного кремния, состоящая из субволновых дифракционных решёток, работающих как полуволновые пластинки, фокусирует вблизи своей поверхности падающий на неё лазерный пучок с линейной поляризацией и плоским волновым фронтом почти с одинаковым качеством при числе дифракционных решёток, поворачивающих плоскость поляризации, от 3 до 16. При этом размеры субволнового фокусного пятна по полуспаду интенсивности по декартовым осям равны 0,435 на 0,457 длины волны для 16 секторных дифракционных решеток и 0,428 на 0,460 длины волны для 4 секторных дифракционных решёток.
Бесплатно
Статья научная
С помощью моделирования на основе радиального разностного метода решения уравнений Максвела, ранее адаптированого авторами для радиальной поляризации, показано, что при освещении стеклянного конического микроаксикона с радиусом основания 7 мкм и высотой 6 мкм кольцевой лазерной R-TEM01 модой с радиальной поляризацией и длиной волны lambda=1 мкм в непосредственной близости от вершины конуса на расстоянии 20 нм формируется острый фокус, поперечный диаметр которого по полуспаду интенсивности равен 0,30*lambda, а продольный (осевой) размер фокуса по полуспаду интенсивности равен 0,12*lambda. При этом площадь фокусного пятна по полуспаду интенсивности равна 0,071*lambda2. Для сравнения отметим, что полученное фокусное пятно имеет диаметр в 1,7 раз меньший, чем диаметр минимального дифракционного пятна Эйри (0,51*lambda), а площадь в 2,87 раз меньше, чем площадь пятна Эйри (0,204*lambda2).
Бесплатно
Статья научная
В работе описан математический аппарат, позволяющий моделировать отражение электромагнитной волны от дифракционных решёток, нанесённых на произвольную поверхность. Для решения поставленной задачи использован аналог метода Кирхгофа. В качестве примера рассмотрено отражение от сферической поверхности с дифракционной решёткой. Для моделирования таких систем разработана программа и проведено численное исследование. Рассмотрена возможность обобщения полученных результатов для произвольных дифракционных оптических элементов.
Бесплатно
Статья научная
Предложен новый вариант металинзы - поляризационная микролинза, которая фокусирует линейно поляризованный лазерный свет в субволновое круглое пятно. Поляризационная микролинза состоит из набора субволновых бинарных дифракционных решёток, которыми, как паркетом, выложены кольца зонной пластинки Френеля. Скачок фазы на π, который должна вносить в световое поле зонная пластинка при переходе от зоны к зоне, выполняется в поляризационной микролинзе с помощью двух решёток, примыкающих к границе зоны и формирующих вектора поляризации прошедшего излучения, направленные в противоположенные стороны. Чтобы уменьшить глубину рельефа поляризационной микролинзы, следует использовать материал с высоким показателем преломления. Для аморфного кремния глубина рельефа поляризационной микролинзы может быть от 50 нм до 120 нм. При этом на расстоянии от поляризационной микролинзы в диапазоне от 200 нм до 1300 нм формируется круглое фокусное пятно с диаметром меньше дифракционного предела: минимальное фокусное пятно имеет диаметр 0,372 от длины волны.
Бесплатно
Статья научная
Волновое уравнение размерности (2+1) для ТЕ-поляризации с учётом частотной дисперсии материала записано в форме, в которой вторая производная по времени внесена под знак интеграла свёртки, описывающего электрическую индукцию. Предложен алгоритм решения такого уравнения с помощью явной разностной схемы. Решение волнового уравнения, описывающее распространение ультракороткого импульса длительностью 3,36 фс (в спектральном интервале 274-806 нм) внутри планарного волновода из кварцевого стекла на центральной длине волны 532 нм, отличается в среднем от решения этого уравнения без учёта дисперсии на 3% и от решения уравнений Максвелла, полученного FDTD-методом в программе FullWAVE, на 6%. Детальный анализ полученного решения для фемтосекундного импульса с резким начальным фронтом позволил обнаружить предвестники, которые приходят в точку наблюдения раньше основного импульса и по интенсивности в 100 раз меньше его. Причём рассчитанное время задержки предвестника Зоммерфельда отличается от теоретического на 20%, а предвестника Бриллюэна - на 3%.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе проведён сравнительный теоретический анализ и численное моделирование действия различных типов решёток в дальней зоне дифракции на основе преобразования Фурье. Более детально рассмотрен пространственный спектр (картины дифракции в дальней зоне или в фокальной плоскости) бинарных амплитудных решёток, в том числе с учётом вариаций фил-фактора. При анализе характеристик экспериментально созданных резонансных решёток на основе галогенидных перовскитов рассмотрено влияние типа освещающего пучка на формирование первых трёх дифракционных порядков.
Бесплатно
Моделирование прохождения света в массивах металлических наностержней
Статья научная
Рассматривается распространение поляризованного света в периодических массивах металлических наностержней в диэлектрической пластине. Пропускание и отражение структуры с массивами стержней, рассчитанные в точной электромагнитной теории, сравниваются с результатами моделирования пластины с эффективной диэлектрической проницаемостью, полученной с применением нелокальной теории усреднения.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и экспериментально исследован механизм очистки поверхности диэлектрических подложек в низкотемпературной плазме газового разряда высоковольтного типа (ГРВТ). Показано, что основными факторами, влияющими на чистоту поверхности, являются время облучения, ток разряда, ускоряющее напряжение. Получена универсальная зависимость, связывающая величину изменения поверхностной концентрации загрязнений со скоростью удаления загрязнений и длительностью облучения. Показано хорошее соответствие экспериментальных данных с данной зависимостью. Установлено, что минимальные значения поверхностной концентрации загрязнений достигаются при времени облучения не менее 10 секунд, токе разряда не менее 10 мА, ускоряющем напряжении 2-3 кВ. На реальном примере травления канавок диоксида кремния в плазме ГРВТ в смеси хладона - 14 (CF4) и кислорода (O2) показано влияние чистоты поверхности подложки на геометрические параметры формируемого дифракционного микрорельефа. По результатам исследований разработана методика очистки поверхности диэлектрических подложек в плазме газового разряда высоковольтного типа, отличающиеся низкими себестоимостью и энергоемкостью, позволяющая производить очистку поверхности до уровня 10-9 г/см2.
Бесплатно
Моделирование работы «смартлинк соединения»
Статья научная
Математическая модель «смартлинк соединения» дополнена в части моделирования прохождения сигналов по физическим каналам, учтено размытие сигналов, а также несколько видов потерь интенсивности сигналов при их прохождении по световодам. На основании построенной математической модели разработано программное обеспечение, реализующее и моделирующее функции коммутации каналов и самовосстановления соединения. В ходе проведения экспериментов с использованием разработанного программного обеспечения были изучены свойства самовосстановления «смартлинк соединений», а также получены оптимальные характеристики для изготовления многоканальных оптических делителей сигналов.
Бесплатно
Статья научная
В приближении скалярной теории дифракции разработан метод расчёта функции рассеяния точки гиперспектрометра по схеме Оффнера с дифракционной решёткой. Метод последовательно учитывает ограничения и дифракцию светового пучка на элементах системы гиперспектрометра в соответствии с физикой формирования изображения. В работе рассматривается моделирование функции рассеяния точки гиперспектрометра при различных параметрах пучка и длинах волн. Результаты моделирования проверены с использованием аналитических соотношений, геометрооптического расчёта, а также сравнения с работами других исследователей.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено решение уравнения переноса излучения в слое рассеивающей среды с френелевскими границами методом сферических гармоник на примере распространения света в прозрачной среде, содержащей наночастицы алюминия. Разработана компьютерная программа, и рассчитаны угловые распределения интенсивности на границах и в центре слоя. Сделан вывод, что френелевские граничные условия приводят к несимметричному угловому распределению интенсивности на границах слоя. Обсуждается использование углового распределения интенсивности на границах слоя среды для решения обратных задач спектроскопии светорассеивающих систем.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено моделирование распределения освещённости в фокальной плоскости оптической схемы, состоящей из объектива и спектрометра, основанного на схеме Оффнера. Рассчитана освещённость в плоскости регистратора гиперспектрометра в приближении геометрической оптики. В расчётах использованы модели яркости атмосферы, освещённости Земли, спектрального пропускания атмосферы.
Бесплатно
Моделирование распространения короткого двумерного импульса света
Статья научная
Получено аналитическое решение в виде ряда общей краевой задачи для двунаправленного волнового уравнения для светового поля с ТЕ-поляризацией. Для моделирования прохождения двумерных импульсов света в планарном волноводе с «электрическими стенками» применялось разностное решение волнового уравнения. Численное решение совпадало с аналитическим с погрешностью менее 1%. Полученное разностное решение волнового уравнения на порядок точнее, чем разностное решение уравнений Максвелла, полученное FDTD-методом с помощью программы Fullwave при одних и тех же параметрах. Численно показано, что при отражении и прохождении ультракороткого импульса света (около 4 фс) через стеклянную плоскопараллельную пластинку рассчитанные коэффициенты Френеля совпадают с теоретическими с точностью 0,47% (без учёта дисперсии материала). Прошедшие пластину импульсы уширяются больше (в среднем на 3 фс), чем отражённые.
Бесплатно
Моделирование рассеяния электромагнитного поля от техногенных объектов на подстилающих поверхностях
Статья научная
Решается задача моделирования диаграмм рассеяния излучения на объектах, составленных из объёмных тел простой формы. Применяется двухэтапная схема, на первом этапе которой моделируется формирование электромагнитного поля в непосредственной близости от объекта с использованием разностных уравнений Максвелла в 3 измерениях декартовой системы координат. На следующем этапе решается задача определения амплитуды поля в дальней точке. Приводятся примеры моделирования диаграмм рассеяния.
Бесплатно
