Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
Рассматриваются процессы формирования и цифровой записи интерференционных картин, образующихся в полихроматическом свете при интерференционном контроле микрорельефа поверхности объектов со слоистой объёмной структурой. Получены выражения для распределения интенсивности света в интерференционной картине в зависимости от формы поверхности и структуры объекта с учётом спектральных свойств элементов матричного фотоприёмника. Выполнены численное моделирование интерференционных процессов в полихроматическом свете и экспериментальная запись цифровых интерферограмм микрообъектов в микроинтерферометре Линника с использованием источника белого света. Показаны соответствие рассчитанных и экспериментальных интерферограмм и возможность решения прямой задачи численного моделирования интерференционных картин.
Бесплатно
Статья научная
Разработаны программный комплекс визуализации внутренней структуры прозрачного слоистого биологического объекта и алгоритмы измерения его оптических и физических свойств с использованием компьютеризированного метода низкокогерентной полнопольной интерферометрии. Показана возможность применения метода для исследования объемной пространственной структуры кристаллизовавшейся капли биологической жидкости, получаемой методом клиновидной дегидратации, и изучения динамики процессов ее структуризации. Представлены микротомограммы фрагментов капли, предложена методика измерения краевого угла и локального показателя преломления. Обнаружено значительное отличие локального показателя преломления различных участков исследуемого объекта. Продемонстрирована динамика изменения краевого угла капли в процессе высыхания.
Бесплатно
Новое поколение бифокальных дифракционно-рефракционных интраокулярных линз
Статья научная
Осуществлено сравнение оптических характеристик бифокальных интраокулярных линз МИОЛ-Аккорд отечественного производства с характеристиками зарубежных аналогов, внедренных в офтальмологическую практику за последние годы. Несмотря на разные концепции, положенные в конструкции дифракционной микроструктуры линз нового поколения, при клинических испытаниях они дают сравнимые результаты.
Бесплатно
Статья научная
Обоснована необходимость разработки малогабаритного рефрактометра с дифференциальной кюветой Андерсона для экспресс-контроля состояния жидких сред с высокой точностью в реальном времени. Обозначены проблемы, которые возникают при определении оптимальных параметров конструкции оптической части рефрактометра для уменьшения погрешности измерения показателя преломления в диапазоне от 1,2300 до 2,2300. Впервые выведено уравнение для исследования изменения траектории оси лазерного излучения как в кювете Андерсона, так и за её пределами от различных её параметров, значений показателей преломления эталонной ns и исследуемой nm жидкой среды. Отмечено, что для решения задачи определения оптимальных параметров дифференциальной кюветы Андерсона необходимо получить аналитическое выражение для показателя преломления nm исследуемой среды от изменения всех параметров оптической части рефрактометра. Разработана конструкция малогабаритного рефрактометра дифференциального типа для проведения измерений, и представлены результаты исследования различных жидких сред. Экспериментально подтверждена погрешность измерения показателя преломления 0,0002 в разработанной конструкции рефрактометра. Определены направления исследований для уменьшения погрешности измерения показателя преломления, чтобы использовать разработанную конструкцию дифференциального рефрактометра для научных исследований и в качестве поверочной схемы в метрологии.
Бесплатно
Статья научная
Обоснована необходимость разработки оптического метода для исследования смесей из летучих углеводородных сред в экспресс-режиме. Отмечены проблемы, которые возникают при экспресс-контроле состояния смесей из летучих углеводородных сред с использованием явления рефракции. Разработан новый оптический метод определения состояния летучих углеводородных сред и их смесей. Использование нового метода позволяет определить, кроме отклонения состояния исследуемой среды от стандартного, также её состав и процентное содержание углеводородных компонентов, из которых состоит данная смесь. Для практической реализации нового оптического метода разработана новая конструкция мобильного рефрактометра. Отмечены особенности проведения измерений показателя преломления смесей из летучих углеводородных сред с использованием изображений границы свет-тень в конструкции рефрактометра. Представлены результаты экспериментальных исследований различных летучих углеводородных сред и их смесей.
Бесплатно
Статья научная
Обоснована необходимость разработки нового надежного и простого в реализации метода экспресс-контроля состояния биологических растворов в реальном времени для решения различных задач в медицине, биологии и смежных с ними областях. Разработан новый метод для определения параметров биологических растворов с использованием оптических и рефрактометрических измерений и новой методики обработки данных. На примере экспресс-контроля состояния пробы мочи человека рассмотрен принцип работы нового метода. По измеренным значениям показателя преломления n на разных длинах волн лазерного излучения и с использованием полученных нами градуировочных коэффициентов в пробе определяются плотность, осмолярность, размер белковых соединений и концентрация твердых частиц. Подтверждена возможность использования разработанного метода для достоверного определения этих четырех параметров по измеренным значениям n в диапазоне температуры от 15 до 32 °С. Это позволяет получить дополнительные данные для определения градуировочных коэффициентов, что обеспечивает определение плотности, осмолярности, размера белковых соединений и концентрации твердых частиц с погрешностью менее 0,5% по измеренным значениям n на четырех длинах волн лазерного излучения с использованием только одного прибора (рефрактометра). В промышленных приборах для экспресс-контроля осмолярности и плотности точность измерения меньше, остальные два параметра измеряются только с использованием лабораторных приборов. Для реализации нового метода была модернизирована конструкция рефрактометра, работающего на явлении полного внутреннего отражения, и разработана экспериментальная установка на основе гониометра. Представлены результаты исследования образцов мочи в экспресс-режиме.
Бесплатно
Номер скирмиона для обобщенного векторного пучка Пуанкаре
Статья научная
Исследованы два начальных векторных поля типа пучков Пуанкаре, которые можно рассматривать как оптические скирмионы – топологические квазичастицы. Для них получены явные выражения для проекций трёхмерного векторного поля скирмиона в начальной плоскости и номера скирмионов, которые пропорциональны топологическим зарядам оптических вихрей, входящих в пучки Пуанкаре. Получена новая конструктивная формула для эффективного расчета номера скирмиона через проекции нормированного вектора Стокса, а не через проекции векторного поля скирмиона. Номера скирмионов, рассчитанные по известной и новой формуле, совпадают. Показано также, что номера каждой проекции трёхмерного векторного поля скирмиона равны одной третьей от полного номера скирмиона. Моделирование подтверждает выводы теории.
Бесплатно
О восстановлении формы оптической поверхности по заданному отображению
Статья научная
Разработан новый метод восстановления отражающей (преломляющей) поверхности по заданному отображению, определяемому соотношениями между направлениями падающих и отраженных (преломленных) лучей. Метод основан на представлении поверхности в виде огибающей семейства параболоидов (случай отражающей поверхности) или эллипсоидов (случай преломляющей поверхности). Выбранное представление сводит задачу расчёта оптической поверхности к восстановлению функции по полному дифференциалу вне зависимости от используемой системы координат. Предложенный метод проиллюстрирован на примерах расчёта зеркал для формирования постоянного распределения интенсивности в квадратной области в дальней зоне. Результаты расчёта показывают, что предложенный метод позволяет получить распределение хорошего качества даже при невыполнении условия интегрируемости.
Бесплатно
О дифракции оптического пучка на брэгговской решётке с дефектным слоем
Статья научная
Рассмотрена дифракция трёхмерного оптического пучка на резонансной многослойной структуре (брэгговской решётке с дефектным слоем). Показано, что указанная структура позволяет вычислять пространственный оператор Лапласа при отражении нормально падающего оптического пучка. Представленные результаты численного моделирования показывают высокое качество вычисления оператора Лапласа. Кроме того, описан вид преобразования пучка при прохождении через структуру.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены аналитические модели, описывающие резонансное рассеяние света на непоглощающих дифракционных решетках с горизонтальной плоскостью симметрии. Для случая наклонного падения записана модель многомодовой интерференции, на основе которой предложен новый подход к получению теории связанных мод для рассматриваемых структур. Обе рассмотренные модели описывают резонансы в спектрах отражения и пропускания дифракционных решёток, обусловленные возбуждением волноводных мод и мод типа Фабри–Перо. Взаимодействие этих мод приводит к формированию связанных состояний в континууме, которые также описываются в рамках рассматриваемых моделей.
Бесплатно
О применении метода Фурье-мод к расчёту локализованных мод интегральных оптических резонаторов
Статья научная
Предложено обобщение метода фурье-мод, предназначенное для расчёта локализованных мод интегральных оптических резонаторов. Метод позволяет рассчитывать комплексные частоты и распределение поля мод. Рассчитаны моды двумерного прямоугольного резонатора на металлической подложке.
Бесплатно
О применении метода согласованных квадрик к расчёту дифракционных оптических элементов
Статья научная
Рассмотрено применение модификации метода согласованных квадрик, предназначенной для расчёта функции эйконала светового поля из условия фокусировки в набор точек, к расчёту дифракционных оптических элементов. Представлены результаты расчёта функции эйконала для фокусировки в набор точек, образующих изображение калькулятора. Исследованы характеристики формируемого изображения в рамках скалярной теории дифракции. Показано, что метод может быть применён для расчёта дифракционных оптических элементов, формирующих заданные непрерывные распределения освещённости в рамках скалярной теории дифракции. На примерах показано, что рассчитанная функция эйконала является хорошим начальным приближением при расчёте дифракционных элементов на основе итерационного алгоритма Герчберга-Секстона.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено поведение пространственно-ограниченных широкополосных импульсов с радиальной поляризацией при распространении в однородном пространстве и при прохождении тонких металлических плёнок. Показано, что форма распределения поля на выходе из плёнки не связана с появлением плазмон-поляритонной волны, а повторяет распределение поля на входе металлической плёнки.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен вывод дисперсионного уравнения блоховской поверхностной волны, распространяющейся вдоль границы раздела полубесконечного одномерного фотонного кристалла и однородной среды. На основе полученного дисперсионного уравнения записано явное аналитическое соотношение, определяющее связь константы распространения и толщины верхнего слоя фотонного кристалла.
Бесплатно
О сдвиге фаз волн на границе двух сред
Статья научная
Статья посвящена обзору междисциплинарных задач и численному моделированию 2 FSI процессов в системе «газ-ротор-статор» применительно к экспериментальной ступени компрессора. Разработаны физическая, твердотельная и сеточная модели. Проведён 2 FSI расчёт по оценке взаимовлияния газодинамического потока и деформируемой лопатки ротора. Обсуждаются полученные результаты. Важным результатом является обнаружение в ходе вычислительного эксперимента сдвига фаз колебаний между статической и динамической составляющей давления в оптически прозрачной среде и сдвига фаз колебаний давления в оптически прозрачной среде и перемещений в оптически непрозрачной среде.
Бесплатно
О формировании структур в неравновесных средах при резонансном трёхволновом взаимодействии
Статья научная
Показана возможность формирования петлевых структур в неравновесных средах, допускающих резонансное трёхволновое взаимодействие собственных мод. Построена параметрическая диаграмма режимов спиральных структур на плоскости «амплитуда волны накачки - крутизна фронта».
Бесплатно
Об использовании многорастрового ввода одномерных сигналов в двумерных оптических корреляторах
Статья научная
Приводится математическое описание работы когерентного оптического коррелятора при многорастровом вводе длинных сигналов. Показано, что такой ввод позволяет ослабить величину ложных корреляционных максимумов, появляющихся в общем случае на выходе коррелятора с однорастровым вводом. Показано также, что ложные максимумы не появляются при обработке сигналов с кнопочной функцией неопределенности, что позволяет обойтись без многорастрового ввода. Результаты теоретического анализа подтверждаются экспериментами с ЛЧМ-сигналами и сигналами типа М-последовательности.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены оптические свойства структуры, состоящей из дифракционной решетки, работающей в геометрии Литрова, плоскопараллельного диэлектрического слоя и зеркала, полностью отражающего падающее на него излучение. Получено условие, накладываемое на элементы матрицы рассеяния дифракционной решетки, при выполнении которого можно за счет выбора толщины диэлектрического слоя получить полное обратное отражение, т.е. направить всю энергию падающей волны в –1-й отраженный порядок дифракции. Результаты численного моделирования в рамках электромагнитной теории дифракции полностью подтверждают полученные теоретические результаты.
Бесплатно
Статья научная
Данная работа представляет собой аналитический обзор составных частей современной технологии создания систем адаптивной оптики для коррекции искажений оптических волн при распространении в турбулентной атмосфере. Работа состоит из следующих частей: описания техники, обеспечивающей измерения флуктуаций оптических волн на атмосферных трассах, теоретических расчётов флуктуаций методами аналитического анализа и математического моделирования, технологии прогноза турбулентного движения воздуха путём численного решения уравнений Навье-Стокса и, наконец, построения систем адаптивной оптики, компенсирующих турбулентные искажения в оптико-электронных системах формирования изображения и лазерных пучков излучения. Акцентировано внимание к особенностям флуктуаций специально создаваемых Лагерр-Гауссовых и Бессель-Гауссовых пучков излучения. Показаны особенности распространения вихревых Лагерр-Гауссовых и вихревых Бессель-Гауссовых пучков для переноса орбитального углового момента через турбулентную среду. Обнаружен эффект относительного ослабления флуктуаций фазы и интенсивности безвихревых Бессель-Гауссовых пучков по сравнению с аналогичными характеристиками Гауссовых пучков. Отмечается наличие высокой чувствительности интегрального масштаба степени когерентности вихревых Бессель-Гауссовых пучков и вихревых конических волн, в отличие от радиуса когерентности этих пучков и волн, к влиянию атмосферной турбулентности. Приведены сведения о возможности построения систем адаптивной оптики для крупноапертурного солнечного телескопа, работающего в условиях сильной атмосферной турбулентности.
Бесплатно
Обзор технологии квантового распределения ключей на непрерывных переменных в свободном пространстве
Статья научная
Квантовое распределение ключей в свободном пространстве открывает новые возможности для разработки систем квантовых коммуникаций, облегчая процесс развертывания квантовых сетей в физически труднодоступных зонах и на широких ландшафтах без использования оптического волокна. Этот подход позволяет преодолевать ограничения, связанные с прокладкой кабелей, и обеспечивает более гибкую инфраструктуру для передачи квантовой информации. Вместе с применением протоколов на непрерывных переменных возможно организовать безопасную передачу информации с помощью оптимальных масштабируемых систем связи, несмотря на пагубное воздействие окружающей среды. В данной работе обсуждаются основные достижения и технические аспекты реализации квантового распределения ключей на непрерывных переменных в атмосферном канале с рассмотрением основных воздействий атмосферы, таких как турбулентность, рассеяние и блуждание луча. Представлено текущее состояние конструируемых квантовое распределение ключей на непрерывных переменных в открытом пространстве и их практические реализации, включая успешные экспериментальные проекты и прототипы. Обсуждаются перспективы дальнейшего развития технологий, включая интеграцию с существующими телекоммуникационными сетями и потенциальные области применения.
Бесплатно
