Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Орбитальный угловой момент структурно-устойчивых лазерных пучков
Статья научная
Для структурно-устойчивых лазерных пучков, амплитуда которых представима в виде конечной суммы функций Эрмита-Гаусса с неопределенными весовыми коэффициентами, получено аналитическое выражение для нормированного орбитального углового момента таких пучков, также через конечные суммы весовых коэффициентов. Показано, что при определенном выборе весовых коэффициентов можно получить максимальный орбитальный угловой момент, который равен максимальному номеру многочлена Эрмита, входящего в сумму. При этом сумма описывает однокольцевой пучок Лагерра-Гаусса с топологическим зарядом, равным максимальному орбитальному угловому моменту и максимальному номеру многочлена Эрмита.
Бесплатно
Орбитальный угловой момент суперпозиции двух обобщённых лазерных пучков Эрмита–Гаусса
Статья научная
Получено выражение для комплексной амплитуды обобщённых параксиальных пучков Эрмита–Гаусса (ЭГ). При определённых параметрах эти пучки переходят в известные моды ЭГ и элегантные пучки ЭГ. Рассчитан орбитальный угловой момент (ОУМ) линейной комбинации двух обобщённых пучков ЭГ с задержкой по фазе на π/2, номера которых состоят из двух соседних целых чисел (в прямой и обратной последовательности). Показано, что модуль ОУМ для суммы таких двух мод ЭГ – целое число, для суммы двух элегантных пучков ЭГ – всегда единица, для суммы двух гибридных пучков ЭГ – дробное число.
Бесплатно
Статья научная
В оптических коммуникациях желательно знать величины, описывающие световое поле, которые сохраняются при распространении в пространстве и обладают сопротивлением к некоторым искажениям. Как правило, оптические вихревые пучки характеризуются орбитальным угловым моментом и / или топологическим зарядом. В данной работе исследуется, что происходит с орбитальным угловым моментом суперпозиции двух или нескольких оптических вихрей (с разным топологическим зарядом), когда она искажается секторной диафрагмой. Обнаружено несколько случаев, когда искажение пучка не нарушает общий орбитальный угловой момент всей суперпозиции. Первый случай - это когда освещающий пучок состоит из двух вихрей одинаковой мощности. Второй случай - когда полуугол секторной апертуры равен целому числу, умноженному на π и делённому на разность топологических зарядов. Для более чем двух освещающих пучков этот угол равен целому числу, умноженному на π и делённому на наибольший общий делитель всех возможных разностей топологических зарядов. Для двух освещающих вихревых пучков с вещественной радиальной составляющей комплексной амплитуды орбитальный угловй момент также сохраняется, если между пучками есть разность фаз ± π / 2. Также показано, что общий орбитальный угловой момент сохраняется при прохождении двух пучков одинаковой мощности через бинарную радиальную решётку.
Бесплатно
Орбитальный угловой момент эллиптического оптического вихря, внедрённого в гауссов пучок
Статья научная
Рассмотрен эллиптический оптический вихрь, внедрённый в Гауссов пучок. Получены явные замкнутые выражения для комплексной амплитуды и нормированного орбитального углового момента такого пучка. Показано, что эллиптический Гауссовый вихрь обладает дробным ОУМ, максимальное значение которого, равное топологическому заряду обычного Гауссова вихря n, достигается при отсутствии эллиптичности у вихря. Большая ось эллипса интенсивности в сечении пучка вращается при распространении и поворачивается на 90 градусов от начальной плоскости до фокальной плоскости сферической линзы. На большой оси эллипса интенсивности находятся n нулей интенсивности эллиптического Гауссова вихря, расстояние между которыми меняется как при распространении пучка, так и при изменении степени эллиптичности. Расстояние между нулями интенсивности максимальное в фокальной плоскости при постоянной степени эллиптичности. При отсутствии эллиптичности все нули «собираются» в один осевой n -вырожденный ноль интенсивности. Экспериментальные результаты согласуются с теорией.
Бесплатно
Статья научная
В статье описан алгоритм программы TurbidMC, реализующей пертурбационный метод Монте-Карло и предназначенной для моделирования временных функций рассеяния точки и функций чувствительности для задач время-разрешенной флуоресцентной молекулярной томографии (FMT). Программа ориентирована на работу с конкретным ранее опубликованным методом FMT ([22] в списке литературы), определяющим специфику расчета функций чувствительности. Согласно этому методу обратная задача изначально решается относительно обобщенной функции распределения параметров флуоресценции, а затем уже выполняется разделение распределений коэффициента поглощения флуорофора и времени жизни флуоресценции. Корректность работы программы проверена сравнением тестовых расчетов флуоресцентных временных функций рассеяния точки с данными эксперимента по сканированию фантома с флуорофором трехканальным зондом в мезоскопическом режиме обратного рассеяния. Также приведен пример восстановления распределений параметров флуоресценции, подтверждающий корректность расчетов функций чувствительности.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе методом конечных разностей во временной области исследованы особенности дифракции Гауссовых пучков и мод Лагерра-Гаусса на кремниевых субволновых оптических элементах с переменной высотой рельефа в ближней зоне. В качестве оптических элементов рассматривались дифракционные аксиконы и субволновые кольцевые решетки при изменении высоты рельефа. Было показано, что возможен такой подбор высоты отдельных колец рельефа кольцевых решеток, при котором достижимо уменьшение размеров фокального пятна вплоть до 0,26l, формирование протяженного светового отрезка (до 4,88λ), формирование оптических ловушек.
Бесплатно
Особенности измерения субволнового фокусного пятна ближнепольным микроскопом
Статья научная
В работе численно и экспериментально исследовалось влияние полого металлического пирамидального кантилевера сканирующего ближнепольного оптического микроскопа на результат измерения характеристик субволнового фокусного пятна. На примере фокусировки линейно-поляризованного лазерного гауссова пучка с длиной волны λ=633 нм зонной пластинкой Френеля с фокусным расстоянием 532 нм было показано, что полый кантилевер из алюминия с углом при вершине 70° и отверстием 100 нм регистрирует преимущественно интенсивность поперечных компонент электрического поля. При этом фокусное расстояние равно 0,36λ, меньший диаметр эллиптического фокуса равен (0,40±0,02)λ, глубина фокуса – 0,59λ, а дифракционная эффективность – 12%.
Бесплатно
Особенности магнитооптики дихроичных холестерических жидких кристаллов
Статья научная
В работе теоретически исследованы магнитооптические свойства дихроичного холе-стерического жидкокристаллического слоя при больших значениях магнитооптического параметра. Подробно изучены особенности всех решений дисперсионного уравнения. Исследованы особенности спектров отражения, пропускания, поглощения и влияние диэлектрических границ на них. Рассмотрены особенности локализации света и магнитоиндуцированной прозрачности в дихроичных холестерических жидких кристаллах. Исследование особенностей локализации света показало, что наличие внешнего магнитного поля, как и наличие диэлектрических границ, приводит к появлению осцилляций, которые зависят от интенсивности локализованной в слое энергии, от координаты оси, направленной вдоль оси холестерика. Показано сильное влияние показателя преломления изотропных полупространств, граничащих с дихроичным холестерическим жидкокристаллическим слоем, на оптику рассматриваемого слоя. В частности, магнитно-индуцированная прозрачность и дифракционное пропускание возникают только при определенных интервалах изменения показателя преломления изотропных полупространств.
Бесплатно
Статья научная
Изготовлены оптические волокна со сплошной сердцевиной диаметра несколько микрон и микроструктурированной оболочкой по технологии перетяжки размягчённого стекла марки AR-Glass (Schott). Проведены измерения спектров фемтосекундных импульсов Ti: сапфирового лазера на выходе данных волокон в зависимости от геометрических параметров структуры поперечного сечения волокон. На основе качественного анализа эксперимен-тальных кривых спектрального распределения излучения показано, что нелинейно-оптическая трансформация спектра импульсов наблюдается уже при диаметре сердцевины 6 мкм и происходит генерация дополнительных спектральных составляющих. При уменьшении геометрических параметров структуры поперечного сечения антистоксовая составляющая спектра сдвигается от инфракрасной в видимую область. Показано, что в случае фокусировки входного излучения в один из боковых каналов МС-оболочки, наряду с основной линией генерации источника в спектре, появляется ярко выраженная антистоксовая компонента с центральной длиной волны порядка 612 нм и интенсивностью, соизмеримой с таковой основной линии. На основе анализа модового состава фемтосекундных импульсов излучения показано, что на выходе волокна, наряду с основной модой, наблюдаются и высшие волноводные моды.
Бесплатно
Особенности непараксиального распространения гауссовых и бесселевых мод вдоль оси кристалла
Статья научная
В работе аналитически и численно показано, что непараксиальные модовые лазерные пучки при распространении вдоль оси кристалла испытывают периодическое изменение интенсивности, связанное с интерференцией обыкновенного и необыкновенного лучей. Для пучков Бесселя период осцилляций обратно пропорционален квадрату пространственной частоты лазерного пучка и разности диэлектрических проницаемостей. Для линейно-поляризованного излучения происходит периодическое перераспределение энергии между двумя поперечными компонентами, а для пучка с круговой поляризацией энергия перекачивается из исходного пучка в вихревой пучок второго порядка и обратно. Полученная зависимость позволяет согласовывать параметры падающего пучка с длиной кристалла для полного преобразования в вихревой пучок. Для гауссовых пучков аналогичные периодические изменения носят нелинейный характер. Моды Лагерра–Гаусса с высоким радиальным порядком в непараксиальном режиме демонстрируют поведение, близкое к бесселевым модам на небольших расстояниях. С увеличением расстояния периодичность замедляется, а сам пучок астигматически искажается.
Бесплатно
Особенности обработки спектров окрашенных суспензий в кюветах с толстыми стенками
Статья научная
При измерении оптических свойств жидких светорассеивающих образцов кюветная стенка и толщина образца могут нетривиальным образом влиять на экспериментальные результаты. Предложен способ учёта кюветной стенки в случае тонкого слоя образца и широкой кюветной стенки при расчёте коэффициентов диффузного отражения и пропускания в рамках одномерного уравнения переноса излучения. Проведено сравнение с экспериментальным спектром модельной окрашенной суспензии. Показано, что учёт кюветной стенки позволяет объяснить наблюдаемое экспериментально неполное попадание рассеянного излучения в интегрирующую сферу. Показано хорошее соответствие экспериментального и рассчитанного спектра при предварительном определении фактора анизотропии в области прозрачности красителя.
Бесплатно
Особенности острой фокусировки вихревых пучков Гаусса-Лагерра
Статья научная
Исследуется пространственное распределение интенсивности остросфокусированного пучка Гаусса-Лагерра в зависимости от состояния однородной (линейной и круговой) поляризации и порядка вихревой фазы. Показано, что наибольшее влияние состояние поляризации оказывает на продольную компоненту электрического вектора светового поля. Наибольшее визуальное различие в картине общей интенсивности в зависимости от поляризации наблюдается при использовании вихревой фазы первого порядка. Использование аксикона позволяет усилить фокусировку по сравнению с апланатическим объективом.
Бесплатно
Статья научная
В рамках численного статистического эксперимента показано, что разность фаз в двух точках спекл-поля в дальней области дифракции может принимать с наибольшей вероятностью значения 0 и p рад. С помощью численного моделирования и натурного эксперимента с использованием интерферометра Юнга получены гистограммы статистического распределения разности фаз в двух точках спекл-поля. Результаты численного эксперимента согласуются с результатами натурного эксперимента и теоретическими представлениями.
Бесплатно
Особенности теории и практики научной школы МГТУ им. Н.Э. Баумана "Разработка вариосистем"
Статья научная
Описаны основные теоретические положения научной школы МГТУ им. Н.Э. Баумана «Разработка вариосистем»: методы расчёта как классических, так и лазерных вариосистем, систем с линейной и нелинейной связью между перемещениями компонентов, основы теории обобщённых параметров профессора И.И. Пахомова, метод габаритного синтеза многокомпонентных вариосистем, методика аберрационного синтеза вариосистем в области аберраций третьего и пятого порядков. Эффективность методов иллюстрируется примерами разработок вариосистем с высокими оптическими характеристиками.
Бесплатно
Статья научная
Проведены расчёты с использованием метода трансфер матриц одномерных фотонных кристаллов с низким контрастом и разнопериодными асимметричными структурами. Такие структуры были найдены во многих растениях. При состыковке двух последовательно соединённых подрешёток с разными периодами отмечается увеличение амплитуды электромагнитного поля и плотности фотонных состояний внутри структуры и их изменение в зависимости от асимметрии толщин подрешёток.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе проведено исследование особенностей фокусировки супер-Гауссова пучка, а также мод Лагерра-супер-Гаусса (1,0) с радиальной и круговой поляризациями на кольцевых решетках с переменной высотой колец рельефа. Рассматривалось изменение высоты рельефа от максимальной высоты в центре до минимальной на краях элемента (прямая кольцевая решетка) и обратный случай, когда максимум высоты рельефа был на краях и минимум в центре (обратная кольцевая решетка). Сравнение осуществлялось с действием дифракционного аксикона с сопоставимым периодом решетки. Численное моделирование осуществлялось методом конечных разностей во временной области. Было показано, что изменение высоты колец рельефа элементов существенным образом влияет на дифракционную картину в ближней зоне. В частности, для супер-Гауссова пучка использование прямой кольцевой решетки позволило уменьшить размер фокального пятна на 18,7 % для радиальной поляризации (σ = 5 мкм), использование обратной кольцевой решетки привело к уменьшению фокального пятна на 36,9 % (σ = 12,25 мкм) по сравнению с действием дифракционного аксикона. Также в работе было показано, что при освещении обратной кольцевой решетки модой Лагерра-супер-Гаусса (1,0) с круговой поляризацией наблюдается формирование узкой и протяженной области пониженной интенсивности на оптической оси (оптической ловушки).
Бесплатно
Особенности эффекта Доплера в многомодовом волноводе
Статья научная
В работе рассмотрена особенность эффекта Доплера при отражении волн от подвижного слоя диэлектрика в многомодовых волноводах для основной и высших типов волн. Получены расчётные соотношения для нахождения частот различных мод отражённых и прошедших через слой подвижного диэлектрика волн. Установлено, что с увеличением индекса мод зависимость частоты отражённых волн от скорости движения слоя диэлектрика уменьшается, а для прошедших волн, наоборот, возрастает. Взаимодействие волны с неоднородным подвижным слоем приводит к возбуждению высших мод отражённых и прошедших волн таким образом, что каждой моде соответствуют различные частотные сдвиги (мультичастотный эффект Доплера).
Бесплатно
Острая фокусировка лазерного излучения с помощью двухзонного аксиального микроэлемента
Статья научная
Аналитически и численно показано, что оптический микроэлемент, состоящий всего из двух соосных кольцевых зон, можно использовать для острой фокусировки лазерного излучения, если радиус центральной зоны порядка длины волны. Численные расчёты, выполненные в приближении тонкого элемента с использованием метода разложения по плоским волнам, показывают согласование с аналитическими оценками. Также качественное согласование показано на основе конечно-разностного временного метода с учётом трёхмерной структуры элемента. Определены характеристики и особенности дифракции на рассматриваемом элементе гауссова пучка с линейной и круговой поляризацией.
Бесплатно
Острая фокусировка оптического вихря с посекторно азимутальной поляризацией
Статья научная
В данной статье численно рассмотрена острая фокусировка оптического вихря с посекторной азимутальной поляризацией (длина волны 532 нм) зонной пластинкой Френеля с числовой апертурой NA = 0,95. Численно показано, что при фокусировке пучка с секторностью 6 результаты фокусировки практически не отличаются от фокусировки идеального азимутально-поляризованного оптического вихря - расхождение в размерах фокального пятна по полуспаду интенсивности, вызванное асимметрией, не превышает 0,001 от длины волны света.
Бесплатно
Статья научная
В работе теоретически и численно рассмотрена острая фокусировка лазерного пучка, у которого распределение поляризации в начальной плоскости представляет собой суперпозицию цилиндрического векторного пучка порядка m и однородной линейной поляризации. Хотя в начальной плоскости у такого пучка нет спинового углового момента и третья проекция вектора Стокса равна нулю, в плоскости фокуса формируются субволновые локальные области, в которых при нечетном номере m имеет место поперечный вихревой поток энергии и третья проекция Стокса (продольная компонента спинового углового момента) отлична от нуля. То есть в фокусе у такого пучка при нечетном m будут области с эллиптической или круговой поляризацией с чередующимися направлениями вращения (по часовой и против часовой стрелки). При четном m в фокусе поле имеет линейную поляризацию в каждой точке и не имеет поперечного потока энергии.
Бесплатно
