Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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
Статья научная
Рассмотрено трёхволновое взаимодействие сонаправленных магнитоакустических и альфвеновских волн в тепловыделяющей ионизованной среде. Показано, что в условиях тепловой неустойчивости альфвеновские волны могут усиливаться благодаря параметрической перекачке энергии от неустойчивых магнитоакустических волн.
Бесплатно
Пассивная атермализация рефракционно-дифракционных пластмассово-линзовых объективов
Статья научная
Исследованы возможности пассивной атермализации пластмассово-линзовых систем. В частности, представлены схемные решения двух рефракционно-дифракционных объективов, терморасфокусировка которых устранена оптическим и механическим способами соответственно. Оценена достижимая ширина рабочего спектрального диапазона представленных рефракционно-дифракционных объективов.
Бесплатно
Статья научная
С помощью недавно открытых асимметричных лазерных пучков Лагерра-Гаусса осуществлён захват и передача орбитального углового момента диэлектрическим микрочастицам. При этом экспериментально показано, что при постоянном топологическом заряде и увеличивающемся параметре асимметрии пучка возрастает скорость движения полистироловых шариков при их движении по траектории в форме полумесяца.
Бесплатно
Передача спинового углового момента диэлектрической микрочастице
Статья научная
Показано, что в остром фокусе у лазерного пучка с линейной поляризацией имеет место только поперечное распределение вектора плотности спина (фотонные колёса или фотонный вертолет). Для оптического вихря с линейной поляризацией из-за орбитально-спиновой конверсии в фокусе появляются продольные и поперечные компоненты вектора плотности спина. Экспериментально продемонстрирована спин-орбитальная конверсия, когда Гауссов пучок с круговой поляризацией в фокусе формирует поперечный поток энергии (орбитальный угловой момент), который передаётся микрочастице, вращая вокруг центра масс. Смена направления круговой поляризации (с левой круговой на правую) меняет направление вращения микрочастицы. Показано также, что вихревой пучок с любым целым топологическим зарядом и азимутальной поляризацией в фокусе формирует вектор плотности спина только с осевой проекцией (полная магнетизация), а поперечного спина нет.
Бесплатно
Статья научная
Экспериментально исследована возможность построения атмосферной оптической системы связи в ближнем ИК-диапазоне на основе пары медиаконвертеров сигнала формата 100Base-TX/1000BASE-T в формат 1000BASE-SX/LX с SFP-трансиверами DEM-310GT. Проведена модификация коннектора волоконного кабеля FAN-OUT TUBING FTB900 SN-Y4, идущего из приемного коллиматора излучения для согласования с трансивером DEM-310GT. Передающий коллиматор излучения дополнен спиральной фазовой пластинкой для формирования вихревого пучка. Проанализировано влияние атмосферных помех на скорость передачи данных.
Бесплатно
Статья научная
При уменьшении числа колебаний поля в оптическом импульсе спектр излучения, генерируемого на утроенных частотах, и спектр основного импульса, уширяемый из-за фазовой самомодуляции при его распространении в среде с кубической нелинейностью, начинают перекрываться. В работе показано, что модуль степени перекрытия этих спектров для однопериодного импульса составляет | s | = 0,85. Данные комплексные спектры сдвинуты по фазе на p, что взаимно ослабляет нелинейные эффекты генерации излучения утроенных частот и фазовой самомодуляции основной части импульса. Для однопериодного импульса коэффициент ослабления составляет 7,7. Неоднородность взаимного ослабления нелинейных эффектов по частоте приводит к тому, что излучение на утроенной частоте по отношению к частоте максимума спектра однопериодной волны в нелинейной среде не возникает, а максимум спектра генерируемого высокочастотного излучения смещается на учетверённые частоты. Таким образом, для терагерцовых волн из малого числа колебаний открываются новые возможности управления их параметрами в ходе нелинейных процессов в оптических средах.
Бесплатно
Перепутывание атомов, последовательно пролетающих резонатор, индуцированное тепловым полем
Статья научная
Исследовано перепутывание двух идентичных двухуровневых атомов, последовательно проходящих через резонатор и взаимодействующих с одномодовым тепловым полем посредством вырожденного двухфотонного взаимодействия. Показано, что такое нелинейное взаимодействие может приводить к перепутыванию атомов.
Бесплатно
Перепутывание двух атомов, взаимодействующих с тепловым электромагнитным полем
Статья научная
Исследовано перепутывание состояний двух идентичных дипольно-связанных атомов, резонансно взаимодействующих с одномодовым тепловым полем в идеальном резонаторе. Найдена зависимость степени перепутывания от константы прямого дипольного взаимодействия для различных чистых и смешанного состояний атомов.
Бесплатно
Перепутывание двух сверхпроводящих кубитов, взаимодействующих с двухмодовым тепловым полем
Статья научная
В настоящей работе нами рассмотрено влияние диполь-дипольного взаимодействия и начальной когерентности двух потоковых сверхпроводящих кубитов, взаимодействующих индуктивно с двумя различными электронными сверхпроводящими LC-резонаторами в тепловых состояниях, на степень их перепутывания.
Бесплатно
Перепутывание кубитов при наличии атомной когерентности
Статья научная
В настоящей работе рассмотрено влияние диполь-дипольного взаимодействия и начальной когерентности на динамику перепутывания двух кубитов, один из которых находится в идеальном резонаторе и взаимодействует с модой квантового электромагнитного поля, а второй свободно перемещается вне резонатора. Показана возможность исчезновения эффекта мгновенной смерти перепутывания и стабилизации атомного перепутывания при наличии дипольного взаимодействия кубитов.
Бесплатно
Перестройка устойчивых состояний спиральных вихревых пучков
Статья научная
Используя асимптотический подход и эксперимент, подкрепленный компьютерным моделированием, мы проанализировали процессы восстановления структурной устойчивости и переходы в новые устойчивые состояния спиральных вихревых пучков, подверженных возмущениям фигурными апертурами. На примере тетрагонального пучка мы рассмотрели три сценария возмущения: 1) асимметричное возмущение, когда непрозрачный экран перекрывает каустику только с одной стороны квадрата, 2) симметричное возмущение, когда фигурная апертура перекрывает весь пучок за исключением узкой области каустики и 3) симметричное возмущение, когда фигурная апертура экранирует только узкую область каустики, не затрагивая остальной пучок. В то же время асимптотический расчет проводился для всех типов многоугольных пучков. Было показано, что если фигурная апертура не разрушает область каустики спирального пучка, то он способен восстановить свою прежнюю форму в дальней зоне дифракции. Если же возмущение даже локально разрушает часть каустики, то возмущенный пучок переходит в новое устойчивое состояние через цепочки рождения и уничтожения оптических вихрей (дислокационные реакции).
Бесплатно
Перспективы создания оптических аналоговых вычислительных машин
Статья научная
В статье рассматривается возможность создания аналоговых вычислительных машин, в которых переменной величиной является характеристика светового потока. Описываются существующие подходы к реализации базовых операций: сложения, разделения и усиления сигналов, дифференцирования и интегрирования. Приводятся результаты численных и оптических экспериментов, подтверждающих возможность создания оптических аналоговых вычислительных машин, а также обобщённые данные по точности и энергетической эффективности выполнения операций.
Бесплатно
Плазмон-поляритоны Дьяконова вдоль гиперболического метаматериала
Статья
Рассмотрены диссипативные плазмон-поляритоны типа поверхностных волн Дьяконова вдоль плоской границы гиперболического метаматериала с произвольной ориентацией кристаллографической оси. Найдены условия существования быстрых, медленных, втекающих, вытекающих, прямых и обратных плазмон-поляритонов. Рассмотрен волновод в виде асимметричного слоя гиперболического метаматериала. Приведено выражение для плотности электромагнитной энергии в таком метаматериале.
Бесплатно
Плотность углового момента параксиального оптического вихря с круговой поляризацией
Статья научная
Получены общие аналитические выражения для вектора плотности углового момента параксиального оптического вихря с эллиптической поляризацией. Показано, что для любого вихревого поля с радиальной симметрией и круговой поляризацией имеет место эффект «углового трактора», то есть поток световой энергии вращается вокруг оптической оси по часовой или против часовой стрелки на разных радиусах в поперечном сечении пучка. Также показано, что осевая проекция плотности углового момента вихревого светового поля меняет знак на тех же радиусах в сечении пучка. То есть микрочастицы, захваченные в вихревой пучок на разных радиусах, будут вращаться либо по часовой стрелке, либо против часовой.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлен новый метод измерения спектра оптических вихрей (квадраты амплитуд и начальные фазы), а также орбитального углового момента без разрезов и склеек волнового фронта массива сингулярных пучков. Такое расширение возможностей измерения свойств комбинированных вихревых пучков достигается посредством регистрации моментов интенсивности светового пучка в целом без разрушения его внутренней структуры. Степень корреляции исходного распределения интенсивности и распределения интенсивности, с учётом экспериментально полученного спектра вихрей колеблется между 83 - 89%, что указывает на надёжность представленного метода. Поскольку анализ спектра вихрей осуществляется за счёт разложения поля по базису пучков Лагерра-Гаусса порядка ( m,0), то анализ и восстановление поля возможны только за счёт его разложения по линейной комбинации оптических вихрей.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье моделировалась фокусировка оптических вихрей с длиной волны 532 нм и правой круговой поляризацией плоской дифракционной линзой с числовой апертурой 0,95. Моделирование осуществлялось с помощью формул Ричардса - Вольфа и методом FDTD. Рассматривалась фокусировка оптических вихрей с топологическими зарядами, равными ±1 и ±2. Было показано, что при фокусировке оптических вихрей с круговой поляризацией широкоапертурной дифракционной линзой в фокусе можно наблюдать отрицательные значения продольной компоненты вектора Пойнтинга. При фокусировке оптических вихрей с правой круговой поляризацией и топологическими зарядами ±1 и +2 распределение отрицательных значений продольной компоненты вектора Пойнтинга имеет вид колец. Если же топологический заряд оптического вихря равен -2, то это распределение приобретает пиковый характер.
Бесплатно
