Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
Представлен метод определения концентрации органических загрязнений на поверхности диоксида кремния по картам латеральных сил и топологии поверхности, полученным методами атомно-силовой микроскопии. Проведена оптимизация значения скорости сканирования, позволяющая повысить контрастность получаемых изображений и облегчить интерпретацию получаемых данных. Экспериментально показано, что чувствительность разработанной методики достигает значения 10-11 г/см2. Ключевые слова: концентрация органических загрязнений, латеральные силы.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены закономерности формирования цветных интерференционных картин однослойных тонких фазовых объектов в оптической микроскопии при использовании полихроматического излучения. Получены выражения для распределения интенсивности интерференционного поля изображения с учетом спектральных свойств излучения. Разработан алгоритм компьютерного расчета и формирования цветных интерференционных изображений в белом свете в зависимости от оптической толщины слоистого объекта в рамках цветовой модели RGB. Представлены результаты моделирования изображений, показаны изменения в цвете и структуре интерференционной картины при варьировании параметров оптической системы микроскопа, формы, размеров и оптических свойств объекта. Показана возможность определения оптической толщины слоя объекта путем численного сравнения интерференционных цветов, получаемых в численном и натурном экспериментах.
Бесплатно
Статья научная
Представлены два новых метода решения обратной задачи рефлектометрии для оценки параметров дифракционной решетки с трапецеидальным профилем. Методы основаны на построении полиномиальных аппроксимаций разного вида для параметров нулевого отраженного порядка дифракции. Использование полиномиальных аппроксимаций вместо решения задачи дифракции обеспечивает возможность оценки параметров решетки в реальном времени. Приведенные результаты численного исследования свидетельствуют о высокой точности и скорости методов.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты численного моделирования и экспериментального исследования применения метода спекл-структур оптического излучения с использованием спиральных пучков лазерного излучения для определения параметров шероховатости и дефектации поверхности оптически непрозрачных деталей воздушного судна. Показано, что использование спирального волнового фронта в качестве зондирующего повышает чувствительность и точность метода.
Бесплатно
Статья научная
Представлены прибор и методика расчета погрешностей измерения радиусов кривизн оптических деталей с помощью лазерного дальномера. Показано влияние погрешностей юстировки прибора с датчика волнового фронта на измерение радиусов зеркал. Приведены расчеты погрешностей методики измерения радиуса дальномером. Проведенный компьютерный анализ показал, что разработанная схема учета рассогласования позволяет оценить точность измерения радиуса зеркала на уровне относительной погрешности 0,02 - 0,3 % для зеркал с радиусами от 1 до 10 м. Обоснован выбор точностных характеристик используемых дальномеров для задач определения радиуса кривизны оптических деталей.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлен оптический метод оценки поперечного ветра, основанный на анализе турбулентных искажений изображения подсвеченной лазерным пучком диффузной мишени. Предложенный корреляционный алгоритм обработки видеоизображений позволяет в режиме реального времени делать оценку скорости поперечного ветра с использованием одного приемного объектива при подсветке мишени в видимом либо инфракрасном диапазоне. Проведена экспериментальная проверка метода на атмосферной трассе. Оптические оценки интегрального ветра сопоставлены с данными независимых локальных измерений шести ультразвуковых анемометров, расположенных вдоль трассы.
Бесплатно
Определение состава объекта по его гиперспектральному изображению
Статья научная
В статье приведены результаты исследований и разработки гипервидеоспектрометра скважинного флюида в реальных условиях эксплуатации и спектральном диапазоне от 0,35 мкм до 2,1 мкм. Разработана математическая модель и алгоритм идентификации скважинного флюида по составу и процентному содержанию по результатам анализа гиперспектрального изображения.
Бесплатно
Статья научная
На данный момент в связи с дефицитом радиочастотного спектра возникает необходимость в развитии технологий, позволяющих использовать этот спектр эффективнее. Одна из таких технологий предполагает применение радиоволн с орбитальным угловым моментом. В данной работе предложен новый количественный метод определения числа одиночных состояний пучка несущего орбитального углового момента, основанный на анализе S21 параметра системы. Это позволяет приемному устройству быть настроенным на прием лучей с определенным состоянием орбитального углового момента. Радиоволны, несущие орбитальный угловой момент, имеют частоту 80 ГГц. В качестве передающей антенны был применен пирамидальный рупор, радиоволну от которого закручивала спиральная фазовая пластина. Приемные антенны, расположенные в матрице, представляли из себя диполи. Исследованы ограничения данного метода. Работа представляет собой эксперимент на компьютерной модели.
Бесплатно
Определение топологического заряда оптического вихря с помощью астигматического преобразования
Статья научная
В работе теоретически и экспериментально показано, что если внести цилиндрическую линзу в лазерный пучок с оптическим вихрем с целым топологическим зарядом n и с нулем интенсивности на оптической оси, то на расстоянии за линзой, равном ее двойному фокусному расстоянию, n -кратно вырожденный ноль интенсивности разделяется на n изолированных нулей интенсивности, которые лежат на прямой в поперечной плоскости под углом плюс или минус 45 градусов к оси цилиндрической линзы в зависимости от направления спиральности оптического вихря (или от знака топологического заряда). Экспериментально показано, что таким методом можно определить топологический заряд с большим номером n = 100.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлен новый оптимизационный метод для расчёта осесимметричных оптических элементов светодиодов, формирующих заданные узкоугольные распределения освещённости. Метод основан на использовании разработанной процедуры быстрой трассировки лучей, в которой используется аппроксимация оптических поверхностей набором усечённых конусов. В качестве примера рассчитан оптический элемент, формирующий равномерно освещённую круглую область с угловым размером 60° для ламбертовского протяжённого источника излучения 1x1 мм. Световая эффективность рассчитанного оптического элемента составляет около 91,5 %, среднеквадратичное отклонение сформированного распределения освещённости от заданного – менее 5 %.
Бесплатно
Оптимизационный метод расчета оптических элементов при протяженном источнике излучения
Статья научная
Рассмотрен метод расчёта оптического элемента с двумя поверхностями свободной формы, формирующего заданное распределение освещенности для протяженного источника излучения. Метод основан на представлении поверхностей оптического элемента бикубическими сплайнами и последующей оптимизации их параметров с помощью квазиньютоновского метода, реализованного в пакете Matlab. Для расчета целевой функции предложен вариант метода трассировки лучей. С использованием предложенного метода рассчитан оптический элемент, имеющий рекордные характеристики: отношение высоты элемента к размеру источника излучения - 1,6; световая эффективность - 89,1 %; равномерность формируемого распределения (отношение минимальной и средней освещенности) в заданной квадратной области - 0,92.
Бесплатно
Оптимизация бинарного ДОЭ для формирования "световой бутылки"
Статья научная
Предложена и исследована численная процедура оптимизации бинарных дифракционных оптических элементов (ДОЭ), предназначенных для формирования световых распределений типа "световая бутылка". Предложенная численная процедура основана на модификации генетического алгоритма оптимизации функции многих переменных. Приведены результаты вычислительных экспериментов.
Бесплатно
Оптимизация бинарных ДОЭ для формирования продольных распределений интенсивности
Статья научная
Рассмотрен стохастический подход к оптимизации квантованных дифракционных оптических элементов (ДОЭ), предназначенных для формирования заданных продольных распределений интенсивности.
Бесплатно
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
Статья научная
Предложен метод расчета дифракционной нейронной сети (ДНС) для решения различных задач классификации изображений на различных длинах волн. В рамках метода задача расчета ДНС формулируется как задача минимизации функционала, зависящего от функций высот микрорельефа дифракционных оптических элементов, образующих ДНС, и представляющего ошибку решения заданных задач классификации на расчетных длинах волн. Для производных функционала получены явные выражения, и на этой основе сформулирован градиентный метод расчета дифракционной нейронной сети. С использованием предложенного градиентного метода рассчитаны ДНС для решения трех различных задач классификации изображений на трех длинах волн. Представленные результаты моделирования работы рассчитанных ДНС демонстрируют хорошие рабочие характеристики предложенного метода.
Бесплатно
