Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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
Острая фокусировка пучков с V-точками поляризационной сингулярности
Статья научная
В работе теоретически и численно показано, что векторное световое поле n -го порядка с центральной V-точкой, в которой направление линейной поляризации не определено, и с индексом поляризационной сингулярности n , которое имеет вид «цветка» с 2 ( n -1) лепестками, при острой фокусировке формирует поперечное распределение интенсивности с 2 ( n -1) локальными максимумами. А векторное световое поле с индексом поляризационной сингулярности - n , которое имеет вид «паутины» с 2 ( n +1) ячейками, при острой фокусировке формирует в плоскости фокуса поперечное распределение интенсивности с 2 ( n +1) локальными максимумами. В фокусе в нулях интенсивности формируются либо 2 ( n -1), либо 2 ( n +1) V-точек с чередующимися индексами +1 и -1.
Бесплатно
Острая фокусировка света планарной градиентной микролинзой
Статья научная
Численно показано, что с помощью планарной градиентной микролинзы можно сфокусировать когерентное излучение в узкую полосу шириной λ/38 и длиной λ/5,5. При этом эффективность фокусировки составляет 22 %. Выполненная в виде фотонного кристалла линза сохраняет свойства острой фокусировки света в щели. В этом случае наблюдалось уменьшение боковых лепестков вокруг фокусного пятна, и эффективность фокусировки возросла до 30,2 %.
Бесплатно
Острая фокусировка светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностью произвольного порядка
Статья научная
С помощью формализма Ричардса-Вольфа получены общие формулы для проекций векторов напряженности электрического и магнитного полей вблизи острого фокуса оптического вихря с топологическим зарядом m и азимутальной поляризацией порядка n . Получены простые следствия из этих формул при разных значениях чисел m и n . При условии m = n >1 на оптической оси будет отличная от нуля интенсивность, такая же, как при фокусировке светового поля без вихря и с круговой поляризацией. А при условии n = m +2 вблизи оптической оси в плоскости фокуса будет иметь место обратный поток световой энергии. Полученные формулы можно использовать как для моделирования острой фокусировки оптических полей с двойной сингулярностью (фазовой и поляризационной), так и для теоретического анализа распределений интенсивности и вектора Пойнтинга в фокусе.
Бесплатно
Острая фокусировка смешанного линейно-радиально поляризованного света бинарной микролинзой
Статья научная
С помощью бинарной микролинзы в резисте диаметром 14 мкм и фокусом 532 нм (числовая апертура 0,997) лазерный пучок с длиной волны 633 нм со смешанной линейно-радиальной поляризацией, сформированной при отражении линейно-поляризованного Гауссова пучка от четырёхзонного субволнового бинарного дифракционного оптического микроэлемента (микрополяризатора) с золотым покрытием и размером 100×100 мкм, был сфокусирован вблизи поверхности микролинзы в почти круглое фокусное пятно с размерами по полуспаду интенсивности 0,37±0,02 и 0,39±0,02 от длины волны. В случае фокусировки линейно-поляризованного света (при прочих равных условиях) формировалось эллиптическое фокусное пятно с размерами 0,35±0,02 и 0,41±0,02 от длины волны. При этом площади обоих фокусных пятен равны 0,113 от квадрата длины волны. Субволновая фокусировка с помощью двух компонент микрооптики (бинарных микролинзы и микрополяризатора) осуществлена впервые.
Бесплатно
Отражательные дифракционные элементы с блеском как многоканальные осветители
Статья научная
Описан итеративный градиентный метод расчета отражательного дифракционного элемента с блеском (с пилообразным рельефом), который формирует заданное угловое распределение. Метод использует приближение Кирхгофа и применим для поверхностей с конечной проводимостью. Показано, что элементы с блеском удобны для получения бинарного рельефа.
Бесплатно
Статья научная
Рассчитан и изготовлен четырёхзонный субволновый бинарный дифракционный оптический микроэлемент (размером 100×100 мкм) для преобразования поляризации из линейной в радиальную. Период решёток равен 400 нм, и высота субволнового микрорельефа в плёнке золота для длины волны света 633 нм составила всего 110 нм. Моделирование FDTD-методом и с помощью интеграла Релея-Зоммерфельда показало, что, несмотря на наличие всего четырёх зон, поворачивающих поляризацию падающего пучка на четыре различных угла, в дальней зоне формируется радиально-поляризованный пучок с гладким изменением поляризации по его окружности. Экспериментально показано, что в ближней зоне в зависимости от направления оси поляризатора на выходе светлыми оказываются две зоны 4-зонного микроэлемента по одной или по другой диагонали, что доказывает наличие радиальной поляризации в отражённом пучке.
Бесплатно
Статья научная
Описаны особенности и приведены примеры расчета с помощью метода конечных элементов дисперсионных характеристик микрорезонаторов, применяемых для генерации оптических частотных гребенок. Проведено исследование влияния неравномерности образующей оптического микрорезонатора на его дисперсионные характеристики. Показано, что наличие неравномерности на поверхности влияет на параметры дисперсии, а также может приводить к эффекту расщепления формы моды в микрорезонаторах. Выявлено, что данный эффект особо зависит от положения и значения глубины неравномерности.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена обоснованию метода оценки погрешностей стереоскопических систем, предназначенных для измерения трехмерных координат и геометрических параметров объектов. Такой метод требуется на этапе их проектирования для оптимизации конструктивных параметров систем регистрации и параметров алгоритмов обработки данных и должен быть применим для различных математических моделей систем регистрации при наличии данных о погрешностях определения координат соответствующих точек на изображениях, а также погрешностях определения параметров системы регистрации при калибровке. Проведен анализ известных методов оценки погрешностей путём сравнения с результатами моделирования по методу Монте-Карло для проективной и трассировочной моделей систем регистрации. Показано, что сигма-точечное преобразование (unscented transformation) обеспечивает более высокую точность оценки и универсальность, чем метод линеаризации. На примере измерения длины отрезка показано, что использование симметричного доверительного интервала, построенного по среднему значению и дисперсии, может приводить к недостоверной оценке погрешности измерения геометрических параметров...
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматриваются слоистые сенсорные структуры, поддерживающие возбуждение мод поверхностных плазмон-поляритонов в задачах детекции изменений в средах таких растворителей, как вода, этанол, изопропанол. В рассматриваемых структурах моды плазмон-поляритонов распространяются вдоль границ раздела сред металл / растворитель. Анализ характеристик резонансного отклика мод плазмон-поляритонов проводится на основе аппроксимации Фано в рамках теории связанных мод в видимом и инфракрасном диапазонах. В случае использования этанола и изопропанола как детектируемых сред выявлены области достижения максимальной чувствительности и усиления поля в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне, что открывает возможности применения плазмонных структур в сенсорике вне областей поглощения воды.
Бесплатно
Оценка эффективности подводных систем наблюдения
Статья научная
В статье изложена методика оценки эффективности систем наблюдения, предназначенных для подводных робототехнических комплексов с телеметрическим принципом управления. В методике, основанной на системном подходе, используются математические модели водной среды, в которой распространяется оптический сигнал, системы регистрации изображений подводных объектов, а также математическая модель зрительной системы человека, выполняющего функции оператора при наблюдении изображений. В качестве показателя эффективности системы наблюдения при таком подходе используются вероятности обнаружения и распознавания изображений подводных объектов при заданной дальности регистрации. Разработанная авторами математическая модель водной среды позволяет количественно оценить влияние помехи обратного рассеяния, возникающей при подсветке подводных объектов, на эффективность системы наблюдения. Приведённые в статье результаты численных экспериментов иллюстрируют возможность использования предложенной методики при оптимизации параметров системы регистрации изображений подводных объектов для достижения требуемых значений вероятностей обнаружения или распознавания на заданных дальностях.
Бесплатно
Статья научная
Получено интегральное преобразование, описывающее параксиальное распространение светового пучка в градиентной среде с линейной зависимостью диэлектрической проницаемости от поперечной координаты. Распространение света в такой среде эквивалентно прохождению через призму, последующему распространению в однородной среде и повторному прохождению через призму. При распространении гауссова пучка в такой градиентной среде его центр смещается с оптической оси по параболе в сторону более плотной среды, а его радиус совпадает с радиусом гауссова пучка, распространяющегося в однородной среде с показателем преломления на оптической оси.
Бесплатно
Параксиальные гипергеометрические лазерные пучки с особенностью в центре перетяжки
Статья научная
Рассмотрено новое двухпараметрическое семейство параксиальных лазерных пучков, которые порождаются начальной комплексной амплитудой, состоящей их трех сомножителей: Гауссового пучка, логарифмического аксикона, спиральной фазовой пластинки или угловой гармоники, а также амплитудной гиперболической функции, имеющей особенность в начале координат. В ближней зоне комплексная амплитуда таких пучков пропорциональна вырожденной гипергеометрической функции, и поэтому пучки названы - гипергеометрическими. При замене Гауссового пучка плоской волной эти пучки переходят в гипергеометрические моды, сохраняющие свою структуру с точностью до масштаба. Распределение интенсивности в поперечном сечении таких пучков похоже на распределение интенсивности для мод Бесселя и представляет собой набор концентрических чередующихся светлых и темных колец.
Бесплатно
