Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Поверхностная модификация кварцевого стекла импульсами пикосекундного лазера
Статья научная
Описан экспериментальный стенд для исследования процессов прямого формирования микро- и наноструктур на поверхности кварцевого оптического стекла импульсами пикосекундного ультрафиолетового лазера. Предложен метод контроля абляции на основе датчика Шека-Гартмана. Синтезированы кратеры испарения на поверхности кварца глубиной от 23 ± 4 нм до 144 ± 18 нм с хорошим качеством края при плотностях мощности от 0,57 × 1012 Вт/см2 до 31 × 1012 Вт/см2 соответственно. Более интенсивные режимы лазерной обработки приводят к образованию трещин и сколов на поверхности материала, менее интенсивные - к появлению каёмок плавления. Проведено исследование полученных структур с помощью атомно-силового микроскопа. Установлена скорость абляции кварцевого стекла при обработке импульсами пикосекундной длительности.
Бесплатно
Статья научная
Проведён краткий обзор методов повышения дифракционной эффективности оптических элементов, синтезированных путём прямой лазерной записи. Отмечено, что предложенные ранее методы записи топологии подобных элементов с применением объёмных или поверхностных контурных масок не обеспечивают окончательного решения проблемы повышения дифракционной эффективности. Выполненные модельные и натурные эксперименты по формированию структур рельефно-фазовых оптических элементов путём записи профилей зон с помощью наклонных лазерных пучков показали принципиальную возможность формирования отвесных склонов обратных скатов зон и целесообразность развития данной технологии на основе лазерных генераторов изображений.
Бесплатно
Повышение пространственного перекрытия резонансных мод фотоннокристаллического нанорезонатора
Статья научная
Предложены и численно исследованы новые фотоннокристаллические резонансные камеры с высоким коэффициентом пространственного перекрытия ортогонально-поляризованных резонансных мод. Рассмотренные камеры позволяют выполнять независимую настройку частот двух резонансных мод. Исследован вариант резонансной камеры с вырожденными модами. Рассчитаны характеристики резонансной камеры с симметрично расположенными круглыми отверстиями. Показано, что использование резонансной камеры со щелевыми отверстиями позволяет повысить коэффициент перекрытия резонансных мод, а использование закрытых щелевых отверстий позволяет повысить добротность резонатора. Исследовано влияние материалов с различным индексом рефракции, заполняющих щели в резонаторе, на добротность резонатора и модовый объём.
Бесплатно
Повышение пространственного разрешения сигналов в оптических системах
Статья научная
Восстановление сигнала в промежутках между дискретными значениями играет огромную роль при решении задачи пространственного сверхразрешения в оптической микроскопии и цифровой голографии. В статье рассмотрен вопрос восстановления высокоразрешающих элементов изображений по некоторому числу сдвинутых на субпиксельную величину растров. Числовые значения отсчетов изображения получаются путем пространственного интегрирования по некоторой конечной площадке регулярных растров. Повышение пространственного разрешения осуществляется с помощью аналитического выражения для спектра дискретных сигналов, полученного с использованием аппарата обобщенных функций. В отличие от идеальной дискретизации спектр функции дополняется множителем, вид которого зависит от вида апертуры. Для получения высокоразрешающих элементов изображения необходимо разделить Фурье-спектр дискретизированного изображения на множитель, зависящий от выбранной апертуры. Спектр апертуры обычно известная функция, поэтому если известен спектр изображения, полученного усреднением с некоторой апертурой, то можно получить и спектр исходного изображения. Используются апертуры различных форм, например, эллиптические, ромбовидные, гексагональные, но наиболее часто используются апертуры прямоугольной формы. В статье приведены результаты моделирования для прямоугольной апертуры, но при замене, например, на набор регулярных апертур в виде круга выражение будет верно и для регулярных круговых растров. Аналитическое выражение для спектра изображения может быть использовано для восстановления спектра исходного изображения. Получив от него обратное Фурье-преобразование, можно получить исходное изображение. При повышении пространственного разрешения появляется возможность проводить исследования методами цифровой голографии объемных диффузных объектов с качеством аналоговой (при регистрации на фотографические среды) голографии и создания оптических систем сверхразрешения на базе оптических микроскопов.
Бесплатно
Статья научная
Для повышения равномерности глубины зоны образования нанопористой структуры в приповерхностном слое металлических материалов при воздействии лазерного излучения с высокой частотой следования импульсов предлагается использовать оптическую систему на основе подвижного фокусатора излучения в отрезок. Это предоставляет возможность целенаправленно изменять распределение интенсивности излучения в области лазерного воздействия. Выравнивание температурно-скоростных режимов в зоне термического влияния позволяет обеспечить равномерную глубину зоны обработки металлических материалов.
Бесплатно
Подавление помех на цифровых голографических изображениях
Статья научная
В данной работе представлен программный модуль цифровой фильтрации для подавления помех на восстановленных голографических изображениях и на исходных цифровых голограммах. Суть разработанного модуля заключается в том, что к голографическому изображению применяется прямое двумерное преобразование Фурье. На полученном Фурье-изображении голограммы алгоритм определяет пиксели, несущие информацию о помехах, с яркостью белого цвета (палитра градации серого) ниже определённого значения (в нашем случае, исходя из экспериментальных результатов, было выбрано значение 50). Далее при помощи оператора усреднения яркость таких пикселей приводится к значению яркости окружающих пикселей, создавая эффект размытия. После фильтрации применяется обратное двумерное преобразование Фурье для получения цифрового отфильтрованного изображения координатной плоскости, свободного от помех. По результатам обработки многочисленных цифровых голограмм было выявлено, что разработанный модуль способен удалять помехи без потери информации о форме и местоположении регистрируемых объектов.
Бесплатно
Подавление пространственно-временных неустойчивостей излучения широкоапертурных лазеров класса B
Статья научная
В данной работе проведено исследование пространственно-временных неустойчивостей стационарной генерации широкоапертурных лазеров класса B. Аналитически найдены условия возникновения филаментационной неустойчивости и её пространственно-временные характеристики. Рассмотрены возможности стабилизации лазерной генерации при изменении управляющих параметров. Показано, что эффективное подавление неустойчивых гармоник поля может достигаться при инжекции в резонатор внешнего оптического излучения.
Бесплатно
Статья научная
В статье исследуется возможность получения прозрачного объемного нанокристаллического ситаллового стекла c 3D-градиентом линейного коэффициента преломления для изготовления рабочего тела (смесителя) оптического устройства управления диаграммой направленности антенной решетки. Изначальный материал являлся двухфазным. Описаны режимы обработки материала, представлены фотографии полученных образцов. Выявлен оптимальный способ обработки, включающий выбранные режимы нагрева и охлаждения образцов. Выполнен анализ степени деформации наноструктурной обработки образцов.
Бесплатно
Подходы к алгоритмизации строгого метода связанных волн
Статья научная
Выведены коэффициенты Фурье в разложении в ряд диэлектрической проницаемости линейно-пилообразного рельефа с положительным тангенсом угла наклона рабочей поверхности и с вертикальным обратным скатом, необходимые для алгоритмизации и реализации строгого метода связанных волн. Описаны и сравнены по устойчивости и эффективности подходы к реализации строгого метода связанных волн: подход целенаправленного преобразования матрицы пропускания и подход Гауссовых сокращений. Сделан вывод, что оптимальным подходом для определения дифракционной эффективности в случае пилообразной микроструктуры, глубина рельефа которой одного порядка с пространственным периодом, является подход целенаправленного преобразования матрицы пропускания.
Бесплатно
Полностью волоконный вентиль SWAP-CNOT для оптических вихрей
Статья научная
В данной работе исследовано распространение оптических вихрей в системе оптических волокон, состоящей из последовательно расположенных мультигеликоидального и скрученного анизотропного волокон. Показано, что в определенных резонансных режимах оптических волокон такая система позволяет осуществлять контролируемое изменение знака топологического заряда и циркулярной поляризации входного оптического вихря. Кроме того, установлены параметры мультигеликоидального и анизотропного волокон, при которых исследуемая система реализует логическую операцию, которая соответствует последовательному применению базовых двухкубитовых вентилей SWAP и CNOT над состояниями циркулярно поляризованных оптических вихрей.
Бесплатно
Статья научная
Предложена полностью симметричная схема формирователя цилиндрических векторных пучков, в которой два дифракционных аксикона и помещённый между ними интерференционный поляризатор образуют сэндвич-структуру минимально возможной толщины. Проведён расчёт и экспериментальное исследование интерференционного поляризатора для формирования радиально-поляризованного излучения на длине волны 1530 нм. Изготовлена пара амплитудных дифракционных аксиконов с периодом 3,62 мкм, соответствующим требуемому углу дифракции 24,5° для формирования радиальной поляризации. Экспериментально продемонстрировано преобразование пучка с круговой поляризацией в радиально-поляризованный вихревой пучок.
Бесплатно
Полуавтоматическая установка для формирования микрорельефов на торцах галогенидных ИК-волноводов
Статья научная
В работе рассматривается полуавтоматическая установка для формирования микрорельефов на торцах галогенидных ИК - волноводов, ее конструкция и технические характеристики.
Бесплатно
Статья научная
Проанализировано развитие и проведен сравнительный анализ источников света. Представлены принципы создания, элементы конструкции и технологии изготовления светодиодов и светодиодных устройств белого цвета свечения (полупроводниковых ламп), динамика рынка светодиодов.
Бесплатно
Получение цветных изображений системой на основе трех дифракционных линз
Статья научная
Возможность существенно снизить массу и стоимость систем технического зрения приводит к появлению большого числа работ, посвященных разработке новых изображающих систем на основе дифракционной оптики. В рамках настоящей работы предложена новая изображающая система из трех дифракционных линз, каждая из которых формирует один канал цветного RGB-изображения. Такой подход позволяет существенно сузить спектральный диапазон каждой линзы и таким образом существенно снизить искажения изображения, вызванные хроматической аберрацией, присущей дифракционной оптике. Показано, что такая схема позволяет провести нейросетевую реконструкцию, существенно повышающую качество получаемого изображения. Для минимизации артефактов реконструкции на изображениях реальных сцен в работе используется аугментация обучающей выборки, а также предложен критерий ложных контуров, позволяющий учитывать реальные данные в процессе обучения сети.
Бесплатно
Поля и спектры одномерного фотонного кристалла с дефектом инверсионного типа
Статья научная
Исследуется влияние дефектов инверсионного типа на спектр одномерного фотонного кристалла. Показано, что характер и степень локализации волнового поля в области дефекта, а также положение спектральной линии дефектной моды, форма и её интенсивность существенно зависят от соотношения толщин слоёв и диэлектрических проницаемостей (ДП) в периоде структуры, значения ДП в дефекте, числа полных периодов, положения и количества дефектов в структуре. Обсуждается возможность формирования спектральной линии дефектной моды заданной формы.
Бесплатно
Статья научная
В статье впервые исследована проблема межмодовой дисперсии внутри группы оптических вихрей с азимутальным числом, которое больше или равно 1, в циркулярных оптических волокнах. Установлено, что дисперсия между оптическими вихрями с топологическим зарядом ± 1 отсутствует, а между оптическими вихрями с топологическим зарядом больше 1 имеет место как стандартная поляризационная, так и дисперсия принципиально нового типа - топологическая модовая дисперсия. Численно исследована зависимость дисперсии оптических вихрей от длины волны излучения при различных параметрах для волокон с градиентным и ступенчатым профилем показателя преломления. Установлена возможность реализации режима нулевой топологической и поляризационной дисперсии оптических вихрей в волокнах со ступенчатым профилем.
Бесплатно
Поляризационная лента Мёбиуса в остром фокусе обобщенного пучка Пуанкаре
Статья научная
На основе формализма Ричардса–Вольфа рассмотрена острая фокусировка обобщенного пучка Пуанкаре. Получены аналитические выражения для проекций вектора напряженности электрического поля в плоскости фокуса. На примере суперпозиции плоской волны с правой круговой поляризацией и оптического вихря с топологическим зарядом –1 и левой круговой поляризацией получены выражения для распределения интенсивности и продольной проекции вектора спинового углового момента в остром фокусе. Теоретически и численно показано, что у начального пучка будет топологический заряд –1/2 и в плоскости фокуса в центре имеется С-точка (точка с круговой поляризацией, которая вдоль оптической оси создает С-линию) с индексом сингулярности –1/2 (звезда), а вектор большой оси эллипса поляризации при обходе вокруг оптической оси по окружности некоторого радиуса образует поляризационную одностороннюю полоску (ленту) Мёбиуса порядка –3/2, имеющую три полуоборота и одну «склейку», в которой рядом находятся два вектора большой оси эллипса поляризации, направленные в противоположенные стороны.
Бесплатно
Статья научная
В работе показано, что в линейно поляризованных пучках Лагерра–Гаусса, прошедших анизотропную среду под углом к оптической оси кристалла, распределение оптических вихрей лишено осевой симметрии. Показано, что траектории перемещения поляризационных сингулярностей в плоскости пучка Лагерра–Гаусса различны для различных случаев входной линейной поляризации при углах γ=±45° и присутствует обмен оптическими вихрями при условии сохранения знака топологического заряда. Показано, что при наклоне оси анизотропной среды возникает движение оптических вихрей, сопровождаемое топологическими реакциями рождения, уничтожения или вытеснения оптических вихрей на периферию пучка. Характерно, что при углах наклона линейной поляризацией γ=+45° происходят топологические реакции рождения и уничтожения, а при углах γ=–45° происходят топологические реакции вытеснения оптических вихрей на периферию пучка.
Бесплатно
Поляризационные и фокусирующие свойства отражающей бинарной линзы Френеля
Статья научная
Экспериментально исследовано влияние на фокусирующие свойства серебряной бинарной микролинзы Френеля (БЛФ) распределения поляризации отражённого пучка при падении на БЛФ линейно-поляризованного лазерного света. Данная линза диаметром 200 мкм изготовлена по современной мембранной технологии, предназначена для рентгеновского излучения и имеет крайнюю зону размером 287 нм. Исследование фокусирующих свойств рентгеновской линзы в видимом диапазоне проводится впервые. Показано, что в отражённом свете появляется составляющая поляризации, перпендикулярная направлению поляризации падающего света. Это приводит к перераспределению интенсивности между фокусами на оптической оси. Причём для разных длин волн поляризационная структура отражённого света разная, и поэтому появляются фокусы разных порядков на разном расстоянии от линзы: для длины волны 405 нм фокусы нулевого и пятого порядков ( f = 330 мкм, f 5 = 30 мкм), для длины волны 445 нм фокусы нулевого и третьего порядков ( f = 250 мкм, f 3 = 40 мкм), для длины волны 663 нм только фокус нулевого порядка ( f = 105 мкм).
Бесплатно
Поляризация при смешанном отражении в задаче трёхмерного сканирования объектов
Статья научная
Предлагается новый метод разделения отраженной и рассеянной компонент света, а также оценки отражательных свойств объекта (включая коэффициент преломления), основанный на фундаментальной разнице в свойствах поляризации рассеянной и отражённой компонент. Метод базируется на информации о положении камеры и информации о поляризации света в каждом из положений. В конечном итоге предложенный метод позволяет также восстановить трёхмерную форму объекта. Показанные результаты дают достаточно высокую точность разделения компонент по сравнению с ранее предложенными методами и, в отличие от них, базируются на фундаментальных принципах отражения света.
Бесплатно
