Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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 вихри в резонаторах ввода-вывода
Статья научная
В данной работе исследуется распространение оптических вихрей через резонатор ввода-вывода на основе многомодового волокна. В векторном приближении на основе формализма трансфер-матрицы изучается передача оптических вихрей через такую систему. Получены кривые пропускания оптических вихрей, и показано, что резонатор ввода-вывода может быть использован для маршрутизации оптических вихрей и инверсии топологического заряда оптических вихрей. Показано, что такую систему можно использовать для генерации вихревых частотных гребёнок. При исследовании времени групповой задержки установлено, что резонатор ввода-вывода может быть использован в линиях задержки для оптических вихрей. Кроме того, показано, что исследуемая система пригодна для управления орбитальным угловым моментом поля.
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
Оптический захват диэлектрического цилиндра вблизи фокуса разных световых пучков
Статья научная
Проведено численное сравнительное исследование возможности оптического захвата диэлектрического микроцилиндра с круглым или эллиптическим сечением, диаметр которого сравним с длиной волны света, при помещении его вблизи перетяжки непараксиального Гауссова пучка или в фокальную область «остро» сфокусированного Гауссова пучка и плоской волны (отношение диаметра линзы к фокусному расстоянию варьировалось от 0,85 до 1,27).
Бесплатно
Оптический захват и перемещение микрочастиц с помощью асимметричных пучков Бесселя-Гаусса
Статья научная
Исследуется оптический захват, вращение и перемещение полистироловых микрошариков диаметром 5 мкм в лазерных асимметричных пучках Бесселя-Гаусса в виде полумесяца, которые обладают орбитальным угловым моментом. Эти пучки были сформированы с помощью жидкокристаллического микродисплея и сфокусированы микрообъективом с числовой апертурой 0,85. Экспериментально показано, что при постоянном значении топологического заряда пучка с ростом степени асимметрии пучка почти линейно растёт скорость движения микрочастиц. Это подтверждает линейную зависимость орбитального углового момента лазерного пучка от степени его асимметрии. Пучки в виде полумесяца можно использовать для уменьшения теплового воздействия при оптическом манипулировании биологическими объектами.
Бесплатно
Оптический захват микрочастиц в специальных ловушках
Статья научная
Показано, что с помощью полых кольцевых световых пучков (световых «бутылок») можно захватывать прозрачные микрообъекты сферической формы, согласованные по радиусу с радиусом пучка. Описана серия экспериментов по захвату прозрачных микрообъектов в массивах световых «бутылок». Введён критерий сравнения для эффективности оптического захвата. Представлены результаты эксперимента по захвату непрозрачных сферических микрочастиц в двойной световой «бутылке».
Бесплатно
Оптический модулятор на основе связанных фотонно-кристаллических резонаторов
Статья научная
В работе предложен и численно исследован модулятор оптического сигнала на основе двух связанных фотонно-кристаллических резонаторов. Исследована зависимость спектрального диапазона переключения от уровня энергии переключения. Рассмотрены возможности использования оптической или электрической накачки. Продемонстрирована высокая устойчивость предложенного устройства к погрешностям изготовления связанных резонаторов. Показано, что предложенная модель модулятора позволяет реализовать модуляцию в области малой интенсивности резонансной моды. Рассчитан компактный оптический модулятор на основе фотонно-кристаллического волновода.
Бесплатно
Оптический нанорезонатор в пересечении гребенчатых фотоннокристаллических волноводов
Статья научная
Предложена и численно исследована новая структура оптических резонаторов в пересечении гребенчатых фотоннокристаллических волноводов. Исследованы свойства симметрии возбуждаемых резонансных мод ТЕ-поляризации. Установлено, что резонансная мода обладает одной осью симметрии в цилиндрическом резонаторе и двумя осями симметрии в кольцевом резонаторе. Показано, что резонансная мода с двумя осями симметрии позволяет реализовать эффективный оптический резонатор в пересечении гребенчатых фотоннокристаллических волноводов. Исследованы способы оптимизации предложенных резонаторов. Во-первых, рассмотрена оптимизация с помощью введения дополнительной щели в область резонатора. Во-вторых, исследованы возможности нелинейных материалов с различным индексом рефракции. Рассчитанные резонаторы имеют добротность около 104 и малый модовый объём.
Бесплатно
