Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Sensor with enhanced performance based on photonic crystal with a defect layer
Статья научная
We propose an improved structure of an optical biosensor based on a photonic crystal with a defect layer, which can detect the concentration of organic contaminants in water by defect mode shift. We investigated 4 types of defective photonic crystals with different arrangements of layers inside the perfect photonic crystals and their impact on the performance of the sensor. The sensitivity and amplitude of defect mode were examined as a function of defect layer thickness. Also, the peculiarities of edge modes in the presence of defect layer were investigated. Finally, we obtained a characteristic equation to determine the wavelengths of defect modes for an arbitrary 1D photonic crystal with an isotropic defect inside.
Бесплатно
Статья научная
One of important tasks of the day is increasing the efficiency and decreasing the cost of the silicon solar cells. There is method of introducing of metal nanoparticles into solar cells to improve its absorption and reduce transmission as well as reflection coefficients. When metal nanoparticles are introduced into silicon solar cell, nanoplasmonic effect will occur. Nanoplasmonic effect lead to modification of light spectrum and generation of extra hot electrons. Nanoplasmonic effect strongly depends on size of nanoparticles. Therefore, in this paper, effect of gold nanoparticles size on properties of silicon solar cell has been studied by using simulation. Gold nanoparticles with sizes of 4 nm, 6 nm, 9 nm, 11 nm and 21 nm have been input into emitter region of silicon solar cell in order to use both of nanoplasmonic-electric and nanoplasmonic-optic effects for enhancing efficiency of silicon solar cell. Open circuit voltage didn’t change when size of nanoparticles has been changed from 4 nm to 11 nm. It dropped by 0.017 V when size of nanoparticles was 21 nm. Short circuit current has been maximum 6.7 mA/cm2 at nanoparticle size of 11 nm and minimum 3.1 mA/cm2 at nanoparticle size of 21 nm. It has been found from obtained results that gold nanoparticle with size of 11 nm affected significantly on properties of silicon solar cell. Besides, thickness of silicon solar cell can be decreased without dropping of efficiency by introducing gold nanoparticles. Because, main part of photons is absorbed near to metal nanoparticles inputted region.
Бесплатно
Study on the Mainardi beam through the fractional Fourier transforms system
Статья научная
In this paper, we introduced the Mainardi beam and indicated its attributes under the Fractional Fourier transform for power variations of Fractional Fourier transform. The results represent that the behavior of the Mainardi beam is similar to that of the Airy beam. The obtained formula is a very powerful tool to describe propagation of a Mainardi beam through the FFT and the FrFT sys-tems. An analytical expression of the Mainardi beam passing through an Fractional Fourier trans-form system presented. The influences of the Fractional Fourier transform, rational order of the Mittag-Leffler function (Fourier transform of the Mainardi function) on the normalized intensity distribution and characteristics of the Mainardi beam in the Fractional Fourier transform system examined. Power of the Fractional Fourier transform (p) and rational order of the Mittag-Leffler function (q) control characteristics of the Mainardi beam such as effective beam size, number, width, height, and orientation of the beam spot.
Бесплатно
Статья научная
In this paper, we continue the study of the quantum cryptographic GG02 protocol, performed using the approach based on the subcarrier waves. We modify the scheme via heterodyne detection and perform security analysis for the full trusted hardware noise model in the presence of collective attacks with finite-key effects. It is shown that the system can potentially distribute the key even if the level of losses in the channel is above 9 dB. This result is consistent with the general technical level and comply with modern standards of practical CV-QKD systems. Finally, the system under consideration fully meets the criterion of composability.
Бесплатно
Testing edible oil authenticity by using smartphone based spectrometer
Статья научная
In recent years, there has been an increasing interest in the classification of edible vegetable oils, examining authenticity and in detecting possible adulteration of high quality, expensive extra virgin olive oils with low-cost edible oils. Classical methods such as gas chromatography, liquid chromatography, Fourier transform infrared and nuclear magnetic resonance, mass spectrometry, and Raman spectroscopy have been widely applied to examine the authenticity of edible oils. Despite of their high sensitivity and accuracy, these methods are significantly expensive for daily life testing, especially in resource-poor regions. Furthermore, they are time-consuming as samples have to be analyzed in dedicated laboratories. In this paper, we propose a compact, low-cost, portable smartphone-based spectrometer for testing edible oil authenticity. Using simple laboratory optical components and a smartphone, we developed a compact spectrometer which can function in the wavelength range of 400-700 nm with the spectrum/pixel resolution of 0.334 nm / pixel...
Бесплатно
The mathematical model of quantum dots pair orientation under laser radiation field
Статья научная
One approach for the formation of structures with complex geometries at the nanoscale is the step-by-step assembly. In this case, it is necessary to be able to estimate the time required to establish orientational equilibrium for a preformed pair of particles. This process is statistical in nature and depends on the mechanism of interaction of the ensemble with the external field. The orientation of particles in an alternating field is associated with certain relaxation times, which depend on the viscosity and temperature of the medium, as well as on the geometric structure of the samples. This paper proposes an mathematical model of the process of establishing the distribution of nanoparticles pairs orientations taking into account the friction force, thermal motion, and the orienting laser field. A statistical orientation distribution was obtained for CdTe particles in the field of moderate laser radiation, and the average time for establishing orientational equilibrium was estimated.
Бесплатно
Theoretical diffractive filter performance for ballistic transillumination
Статья научная
We address the topic of selectively probing turbid media, equivalent to biological tissue, with ballistic photons. The samples considered exhibit highly forward-directed scattering (anisotropy factor g > 0.9). We propose the utilization of a non-linear grating-based angular filter to separate the faint ballistic signal from optical noise. The filter is conformed of a monochromatic source incident on a ruled grating, positioned at grazing diffraction, followed by a narrow slit. Minute deviations in propagation angle of scattered radiation are amplified non-linearly. A rotation scheme with 1 arc min resolution may provide angular amplifications in the range of 15X-60X. In addition, similar values of transversal beam size reduction enable efficient ~100X-1000X filtering of optical noise. We utilize random walk Monte Carlo calculations to emulate the interactions between radiation and turbid media. The influence of the filter is considered by employing ray trace analysis and conical diffraction theory of ruled gratings. For samples with g =0.995, the configuration permits a significant ~10e3 reduction of optical noise.
Бесплатно
Статья научная
Показано расширение возможностей метода токовой модуляции длины волны лазерного излучения за счёт использования гармонической модуляции. Исследованы достоинства метода пилообразной модуляции, связанные с использованием в качестве информационного параметра частоты спектральной составляющей автодинного сигнала, а также достоинства метода гармонической модуляции, обусловленные возможностью определения расстояния по результатам измерения амплитуд спектральных составляющих автодинного сигнала. Сравнительный анализ методов измерения расстояния до объекта при существующих возможностях модуляции длины волны излучения полупроводникового лазера показал преимущества измерения расстояний до 30 см методом гармонической токовой модуляции лазерного диода, а на расстояниях более 50 см - методом пилообразной токовой модуляции.
Бесплатно
Автоматизация синтеза и ранжирование склеенного и расклеенного двухлинзовых объективов
Статья научная
В работе представлен алгоритм синтеза склеенного и расклеенного двухлинзовых объективов. Представлено описание программы синтеза двухлинзовых объективов из материалов задаваемого пользователем каталога. Рассмотрена специфика автоматизации синтеза таких объективов. Предложен подход к ранжированию рассчитанных вариантов двухлинзовых систем по критерию предварительной оценки, определяемому через основные параметры в рамках теории аберраций третьего порядка. Разработанная программа поможет инженеру-оптику быстро рассчитать склеенные и расклеенные двухлинзовые объективы с требуемыми характеристиками.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены методы оценки степени чистоты поверхности подложек, предназначенных для формирования микрорельефа дифракционных оптических элементов (ДОЭ). Предложено автоматизированное устройство контроля степени чистоты поверхности по динамическому состоянию капли жидкости. Приведены результаты экспериментов по оценке поведения капли жидкости, полученные с помощью высокоскоростной видеокамеры.
Бесплатно
Автоматическая калибровка системы видеокамер и лидаров для автономных мобильных комплексов
Статья научная
Автономная навигация беспилотных автомобилей является в настоящее время одной из наиболее интересных научных и технических задач, и это тем более справедливо, если движение осуществляется на пересеченной местности. Как правило, подобные комплексы оснащаются различными сенсорами, работающими одновременно, а для сбора и анализа данных различной природы разрабатывается сложное программное обеспечение. Для совместного использования данных от множества камер и лидаров необходимо обеспечить их взаимную привязку в единой системе координат. Эта задача решается в процессе калибровки системы . Общая идея заключается в том, чтобы поместить в поле зрения сенсоров объект специального вида, характерные точки которого могут детектироваться автоматически с разных точек съемки всеми сенсорами. Тогда вариативная съемка объекта позволяет создать необходимое число связующих точек для взаимной привязки сенсоров. В данной работе представлена технология автоматической калибровки системы съемочных камер и лидаров при помощи оригинального калибровочного объекта. Приведены результаты экспериментов, подтверждающие достаточно высокую точность калибровки.
Бесплатно
Статья научная
Показано, что нелинейное уравнение Шредингера с некерровской нелинейностью имеет решение в виде локализованного импульса, движущегося с постоянной скоростью без дисперсионного уширения. Данное решение найдено прямым методом, основанном на теории гамильтоновых систем, и содержит в себе, как частный случай, известное решение кубичного нелинейного уравнения Шредингера.
Бесплатно
Статья научная
Для решения нелинейного уравнения Шрёдингера с нелинейностью типа кубик-квинтик применён прямой метод и получен явный вид решения в элементарных функциях в виде локализованного импульса, движущегося с постоянной скоростью без дисперсионного уширения. Данное решение содержит, как частный случай, известное решение с кубической нелинейностью.
Бесплатно
Статья научная
Найдено в квадратурах решение обобщённого нелинейного уравнения Шрёдингера с произвольной нелинейностью, характеризующейся некоторой функцией нелинейного отклика среды на внешнее гармоническое возмущение, зависящей от интенсивности волнового поля.
Бесплатно
Адресные волоконные брэгговские структуры в квазираспределённых радиофотонных сенсорных системах
Статья научная
В статье предложена теория и техника адресных волоконных брэгговских структур и нового класса радиофотонных сенсорных систем на их основе, отличающаяся от существующих тем, что в волоконной брэгговской структуре формируется две сверхузкополосные частотные составляющие, разнесённые на уникальную разностную адресную частоту. Определение смещения центральных частот брэгговских структур осуществляется по результатам обработки сигнала биений адресных частот на фотоприёмнике, по параметрам которого судят о приложенных физических полях. Поставлена и решена задача однозначного определения сдвига центральных (брэгговских) частот адресных волоконных брэгговских структур с уникальными адресными частотами и одинаковой брэгговской частотой, объединённых в единую многосенсорную систему с приёмом мультиплексированного отклика на одном фотодетекторе.
Бесплатно
Активная атермализация двухдиапазонных ИК-вариообъективов
Статья научная
Для простых по конструкции средне- и длинноволновых двухдиапазонных инфракрасных рефракционных и рефракционно-дифракционных тепловизионных вариообъективов показана возможность сохранения во всем интервале изменения фокусного расстояния высоких и практически неизменных оптических характеристик при перепаде температур от - 40 до +40°C. Атермализация для любого фокусного расстояния достигается перемещением вдоль оптической оси объектива одного двухлинзового компонента или одиночной линзы, не задействованных в процессе зуммирования, что позволило, в частности, компенсацию терморасфокусировки и фокусировку объектива на дистанцию до объекта съемки осуществлять с использованием одного и того же фокусировочного механизма и при этом сохранять габарит и герметичность оптической системы.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача получения объемных изображений объектов в произвольных узких спектральных интервалах видимого диапазона. Для ее решения предложена схема двухканального акустооптического спектрометра, позволяющего регистрировать стереоскопические изображения, сформированные ортогонально поляризованными излучениями. Изготовлен макет спектрометра. Приведены примеры полученных стереоскопических изображений реального объекта и восстановленная по ним его объемная структура.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассмотрена задача восстановления комплексных коэффициентов суперпозиции мод Лагерра-Гаусса по интенсивности поля в некоторой плоскости, перпендикулярной оси распространения на заданном расстоянии с использованием алгоритма Левенберга-Марквардта и Брента. Показана эффективность применения поэтапной оптимизации для восстановления комплексных коэффициентов суперпозиции не только на модельных, но и на экспериментальных распределениях интенсивности. Алгоритм можно использовать при оптической передаче информации через турбулентную атмосферу для обработки принимаемых распределений интенсивности оптического сигнала.
Бесплатно
Статья научная
Итерационные алгоритмы восстановления фазы из дифракционных распределений в терагерцовом (ТГц) диапазоне частот являются многообещающим подходом вычислительной визуализации, способным обеспечить высокое пространственное разрешение восстанавливаемых изображений. Одним из часто применяемых алгоритмов стал SBMIR (англ. Single Beam Multiple Intensity Reconstruction), где в качестве исходных данных используются множественные распределения интенсивности дифракционного объектного поля. По сравнению с одноплоскостными методами, многоплоскостной подход позволяет ускорить сходимость, однако требует времязатратной регистрации данных на различном удалении приемника от объекта. Ранее нами был предложен метод записи в режиме однократного сканирования, который позволяет быстро получить исчерпывающий набор дифракционных распределений ТГц-объектного поля. В настоящей работе представлена апробация одного из современных алгоритмов на основе SBMIR и техники стохастического распространения волнового фронта (R-SBMIR, от англ. randomly ordered propagations) на экспериментальных данных ТГц-диапазона, снятых при помощи метода однократного сканирования. В отличие от ряда классических алгоритмов, которые могут потребовать серии численных экспериментов для определения оптимальных распределений интенсивности из большого набора данных, неупорядоченное распространение оценочного волнового фронта гарантирует восстановление изображений с наилучшим контрастом и разрешением без предварительной настройки параметров. Показано, что комплексное внедрение техники однократного сканирования с последующей обработкой данных при помощи R-SBMIR имеет потенциал для автоматизации метода восстановления фазы в ТГц-диапазоне.
Бесплатно
