Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Оптимизация дисперсионных свойств кольцевого микрорезонатора
Статья научная
Работа посвящена проблеме создания интегральных однофотонных источников на основе спонтанного четырёхволнового смешения в кольцевых микрорезонаторах. На примере резонатора из нитрида кремния рассчитана дисперсия групповой скорости в широком диапазоне длин волн для случая, когда кольцевой резонатор состоит из прямых и изогнутых участков, и показано, что для различных длин волн излучения накачки можно найти оптимальное соотношение высоты и ширины волновода, при котором достигается нулевая дисперсия групповой скорости при минимальной высоте резонатора. Такие волноводы, обеспечивающие нулевую дисперсию и обладающие минимальной высотой, являются оптимальными для создания кольцевых микрорезонаторов, позволяющих генерировать однофотонные состояния в режиме невырожденного спонтанного четырёхволнового смешения.
Бесплатно
Оптимизация параметров инжекционного литья мультилинз из термопластичных полимеров
Статья научная
Предложен метод оптимизации параметров инжекционного литья с использованием численного имитационного моделирования процесса. На примере изготовления оптического элемента для дорожного освещения определены критерии качества отливок мультилинз, наиболее полно характеризующие возможное отклонение поверхностей от расчётной модели. С использованием оптимально подобранных параметров инжекционного литья и геометрических размеров пресс-формы изготовлены мультилинзы из поликарбоната с наибольшей погрешностью расположения оптических поверхностей, по результатам моделирования в пределах значений допусков для 7-го квалитета точности.
Бесплатно
Оптимизация параметров планарной бинарной линзы для видимого диапазона излучения
Статья научная
В работе проведено 3D моделирование фокусировки линейно-поляризованного света планарной бинарной цилиндрической линзой, аналогичной градиентной линзе Микаэляна, для видимого света с длиной волны (lambda) = 0,532 нм. Показатель преломления материала линзы n = 1,56. Минимальный диаметр фокусного пятна на выходе линзы равен 0,37 от длины волны света по полуспаду интенсивности. Эффективность фокусировки света при этом равна 41%. Моделирование проводилось FDTD-методом с помощью коммерческой программы FullWave фирмы RSoft.
Бесплатно
Оптимизация параметров устройства трибометрического измерения чистоты поверхности подложек
Статья научная
Проведена оптимизация параметров и режимов работы устройства экспресс-контроля чистоты поверхности, реализующего метод трибометрического взаимодействия двух подложек. В результате оптимизации определены количественные значения параметров и режимы работы устройства, при которых осуществляется прецизионное измерение чистоты поверхности подложек. Показано, что применение совместно с устройством экспресс-контроля компьютерного анализа обеспечивает возможность многократного использования подложки-индентора при контроле чистоты всей площади поверхности подложек, а также поверхностей с разной степенью загрязнения.
Бесплатно
Оптимизация схемы Д. Габора для записи компьютерных голограмм
Статья научная
Обсуждаются возможности цифрового восстановления голограмм, записанных на матричном фотоприемнике по схеме Д. Габора. Рассматриваются вопросы определения предельных расстояний от объекта до голограммы, в зависимости от характеристик матричного фотоприемника и геометрических параметров схемы записи. При записи и восстановлении компьютерных голограмм на небольших расстояниях качество восстановленных изображений достаточно низкое, что связано, прежде всего, с наличием сопряженного мнимого изображения, удаленного на малое расстояние от действительного. На больших расстояниях влияние мнимого изображения уменьшается, но при этом излучение опорной волны, дифрагирующее на высокочастотных периодах голограммы, выходит из области построения действительного изображения, что снижает качество восстановления действительного изображения.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача оптимизации и изготовления субволновой бинарной цилиндрической пропускающей дифракционной линзы с фокусным расстоянием f = 300 мм для длины волны λ = 141 мкм. В качестве материала подложки дифракционной линзы использовался высокоомный кремний. Расчётное значение угла падения освещающего пучка составляло π /6. Параметрами оптимизации были выбраны высота профиля дифракционной линзы и коэффициент заполнения штриха. Главной целью оптимизации конструкции было увеличение дифракционной эффективности линзы. Расчёт дифракционной эффективности дифракционной линзы осуществлялся методом Фурье-мод. Дифракционная линза изготовлена методом плазмохимического травления (Бош-процесс) поверхности кремниевой подложки. Оценка дифракционной эффективности рассчитанной линзы составила e = 70 %. Однако экспериментально измеренная дифракционная эффективность была значительно меньше расчётной. В статье приведён анализ снижения дифракционной эффективности, связанного с 1) технологическими погрешностями формирования дифракционного микрорельефа; 2) деструктивной интерференцией излучения в случае отсутствия учёта толщины кремниевой подложки при расчёте микрорельефа. Приведены рекомендации по расчёту микрорельефа с учётом толщины подложки.
Бесплатно
Оптическая микроманипуляция с использование бинарного динамического модулятора света
Статья научная
Экспериментально показана возможность захвата, перемещения и позиционирования микрообъектов с помощью бинарного динамического модулятора света. Описана методика формирования световых пучков для реализации перемещения микрообъектов с помощью динамического модулятора света.
Бесплатно
Оптическая микроманипуляция с использованием бинарных фокусаторов
Статья научная
Рассчитаны ДОЭ, позволяющие формировать заданное распределение амплитуды и фазы. Эти ДОЭ предназначены для использования в задачах оптической микроманипуляции. Рассмотрены эксперименты по оптическому захвату микрообъектов с использованием указанных выше элементов. Представлены результаты эксперимента по оптическому захвату сферических микрообъектов в нескольких световых пучках с заданным распределением фазы.
Бесплатно
Оптическая микроманипуляция с использованием микровзрывов частиц полистирола
Статья научная
Описано поведение полистироловых микрочастиц в сфокусированном пучке ультрафиолетового импульсно-периодического лазера с длиной волны 355 нм. Представлен способ перемещения микрообъектов размером от 10 до 200 мкм за счёт микровзрывов частиц полистирола. Представлены результаты натурного эксперимента по перемещению микрообъекта размером около 200 мкм.
Бесплатно
Статья научная
Если вблизи поверхности (на расстоянии меньше 100 нм) высокоапертурной градиентной микролинзы из кремния с показателем преломления в виде гиперболического секанса, которая (линза) освещается лазерным излучением с длиной волны 1,55 мкм, на оптической оси расположить диэлектрическую наночастицу (диаметр около 70 нм), то ее будет притягивать к поверхности линзы с силой в доли пиконьютона. А если в линзе сделано углубление, то наночастица будет втягиваться в это углубление. Своего рода «оптический магнит». Если вблизи выходной поверхности такой градиентной линзы сформировать на оптической оси обратный поток энергии, то его присутствие приведет к тому, что диэлектрическая наночастица с поглощением будет «притягиваться» к поверхности с большей силой, чем такая же частица без поглощения. В отсутствие обратного потока обе частицы (с поглощением и без) притягиваются одинаково. Расчеты полей выполнены методом конечных разностей во временной области, а силы рассчитаны с помощью тензора напряжений Максвелла.
Бесплатно
Оптическая система для дистанционного зондирования в УФ -, видимом и ближнем ИК-диапазонах
Статья научная
При использовании орбит с большими высотами для дистанционного зондирования Земли требуется специальная оптическая система. В данной работе представлена оптическая система с полем зрения 4°, обеспечивающая высокое разрешение для спектрального диапазона 200 - 3300 нм. Рассчитаны и приведены параметры конструктивных элементов системы. Рассмотрены точечные диаграммы пятен рассеяния для центра поля, промежуточных зон и на краю поля, и представлены кривые аберраций. Показано, что для большей части рабочего спектрального диапазона оптическая система является дифракционно-ограниченной, что способствует получению максимально возможного пространственного разрешения. Система рассматривается как инструмент для дистанционного зондирования Земли и сбора информации в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах.
Бесплатно
Оптическая система для проведения селективной лазерной сублимации компонентов металлических сплавов
Статья научная
Определена возможность применения в составе лазерной технологической установки фокусатора излучения и зеркала со сферической поверхностью для проведения селективной лазерной сублимации компонента модельного сплава системы Сu-Zn. Установлено, что при повороте фокусатора излучения происходит поворот оси фокального отрезка в плоскостях меридионального и сагиттального фокусов оптической системы, изменяются фокусные расстояния, длины фокальных отрезков уменьшаются, при этом средняя величина плотности мощности увеличивается.
Бесплатно
Оптическая система измерителя метеорологической оптической дальности
Статья научная
Рассмотрены принципы построения измерителя метеорологической оптической дальности видимости, получено новое соотношение для его определения. Приведена оптическая схема измерителя метеорологической оптической видимости и приведены характеристики нового измерителя.
Бесплатно
Статья научная
Разработана и экспериментально испытана новая оптическая система для преобразования поляризации модовых пучков из линейной (наиболее характерной для лазерного излучения) в аксиально-симметричные (радиальную или азимутальную, как более эффективные в различных приложениях), а также с разнообразной неоднородной структурой. Схема основана на когерентном сложении модовых пучков с использованием фазовых дифракционных решеток, позволяющих менять межмодовый фазовый сдвиг без применения дополнительных элементов. Простота и универсальность схемы достигается за счет применения дифракционных оптических элементов для генерации заданных модовых распределений необходимой ориентации в пространстве, а также получения одновременно нескольких разных поперечных мод в разных лучах для их дальнейшей комбинации.
Бесплатно
Оптические вихревые пучки с бесконечным числом винтовых дислокаций
Статья научная
При передаче данных с помощью вихревых лазерных пучков носителем информации может являться топологический заряд, теоретическое значение которого не ограничено. Однако, топологический заряд одного отдельного вихря (винтовой дислокации) ограничен возможностями его формирования. Поэтому в данной работе изучены три примера мультивихревых Гауссовых световых полей (два пучка структурно устойчивые и один пучок астигматический), у которых неограниченное (счётное) множество винтовых дислокаций одного знака. Как следствие, топологический заряд этих полей бесконечен. Первый пучок имеет амплитуду в виде Гауссовой функции, умноженной на косинус с вихревым аргументом в квадрате. У такого пучка центры сингулярности фазы лежат на обеих декартовых осях в плоскости перетяжки и «уплотняются» с увеличением расстояния от оптической оси. Распределение интенсивности у такого пучка имеет вид «четырёхконечной звезды». Все оптические вихри у такого пучка имеют одинаковый топологический заряд +1. Второй пучок, описывается также Гауссовой функцией, умноженной на косинус в произвольной степени, и также от вихревого аргумента. Этот пучок имеет счётное число оптических вихрей, которые эквидистантно расположены на одной декартовой оси в плоскости перетяжки и топологический заряд каждого из них равен степени, в которую возводится косинус. Интенсивность такого пучка имеет вид двух световых пятен, центры которых находятся на прямой, перпендикулярной прямой, на которой лежат центры оптических вихрей. И третий пучок во многом похож на первый, но формируется с помощью наклонной цилиндрической линзы из косинусной одномерной решетки с квадратичным аргументом.
Бесплатно
Оптические пучки с бесконечным числом вихрей
Статья научная
При передаче данных с помощью вихревых лазерных пучков носителем информации может являться топологический заряд, теоретическое значение которого не ограничено. Однако, топологический заряд одного отдельного вихря ограничен возможностями его формирования. Поэтому в данной работе проанализированы пучки с неограниченным (счётным) множеством оптических вихрей. Суммарный топологический заряд таких пучков бесконечен. Центры сингулярности фазы (изолированные нули интенсивности) таких пучков, как правило, имеют единичный топологический заряд и расположены эквидистантно (или не эквидистантно) на прямой линии в поперечном сечении пучка. Такие пучки структурно устойчивые и при распространении в пространстве изменяются только масштабно и вращаются. Орбитальный угловой момент таких мультивихревых пучков конечный, так как только конечное число оптических вихрей попадает в область Гауссова пучка с заметной интенсивностью. Остальные центры сингулярности фазы находятся на периферии (и на бесконечности), где интенсивность почти нулевая.
Бесплатно
Оптические схемы и статистические характеристики сигнала спекл-интерферометров перемещений
Статья научная
Рассмотрены схемные решения для спекл-интерферометров перемещений, в которых максимальные значения амплитуды выходного фотоэлектрического сигнала достигаются согласованием интерферирующих волновых полей. Проанализированы требования для определения взаимного расположения оптических элементов спекл-интерферометра, опорной и контролируемой поверхностей для расчета оптических схем интерферометров с учетом параметров лазерного гауссова пучка. Получены соотношения для оценки ожидаемых значений (среднего, наиболее вероятного и дисперсии) величины выходного фотоэлектрического сигнала спекл-интерферометров с согласованными интерферирующими полями при гладкой и спекл-модулированной опорных волнах.
Бесплатно
Оптические фазовые сингулярности и сверхсветовое движение в неограниченном пространстве
Статья научная
В этой работе мы обобщили замечательный результат, полученный Соскиным с соавторами в Physical Review A 56, 4064 (1997). Мы показали, что у осевой суперпозиции двух пучков Лагерра-Гаусса с номерами (0, n ) и (0, m ) и разными радиусами перетяжек топологический заряд до плоскости, на которой радиусы перетяжки становятся одинаковыми, равен m , если радиус перетяжки пучка с номером (0, m ) больше, а после этой плоскости топологический заряд всей суперпозиции равен n . Так получается потому, что у суперпозиции в начальной плоскости имеется оптический вихрь на оптической оси с топологическим зарядом m и еще на окружностях разных радиусов имеются ( n -m ) вихрей с топологическими зарядами +1 и столько же вихрей с топологическими зарядами -1. При приближении пучка к указанной плоскости вихри с топологическим зарядом -1 со скоростью больше скорости света «уходят» на бесконечность, и топологический заряд пучка становится равен n . Если, наоборот, радиус перетяжки пучка с номером (0, m ) меньше, то топологический заряд пучка от начальной плоскости до плоскости, на которой радиусы перетяжки становятся одинаковыми, равен n, а после этой плоскости топологический заряд суперпозиции равен m . Так получается потому, что после указанной плоскости из бесконечности со скоростью больше скорости света «приходят» n-m вихрей с топологическим зарядом -1.
Бесплатно
Оптические, ИК- и ТГЦ-экраны на основе слоистых структур металл-диэлектрик-полупроводник
Статья научная
Рассмотрены многослойные покрытия из наноразмерных слоёв металл-диэлектрик-полупроводник, расположенных на прозрачной подложке, описываемые на основе модели Друде-Лоренца и представляющие собой многополосные фильтры - экраны для различных диапазонов. Исследуются структуры с несколькими слоями и квазипериодические структуры. Предложен метод приближённого синтеза по полосам заграждения для структур типа два слоя в периоде и три слоя в периоде. Для трёх слоёв различие в плазменных частотах позволяет расширить полосу. Показано, что полупроводниковые слои из узкозонных материалов типа InSb перспективны для структур ТГц-диапазона с возможностью подстройки диапазонов путём легирования.
Бесплатно
Оптический дифференциатор на основе трехслойной металлодиэлектрической структуры
Статья научная
Рассмотрены оптические свойства резонансной структуры «металл-диэлектрик-металл», состоящей из верхнего металлического слоя, диэлектрического слоя и металлической подложки. С использованием модели многолучевой интерференции доказано, что коэффициент отражения указанной структуры может строго обращаться в нуль. Наличие нуля отражения позволяет использовать «металл-диэлектрик-металл»-структуру в качестве оптического дифференциатора. Приведенные результаты численного моделирования демонстрируют возможность оптического вычисления производной по пространственной координате и во времени. Полученные результаты могут найти применение при создании систем аналоговых оптических вычислений и оптической обработки информации.
Бесплатно
