Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Поперечная интенсивность в остром фокусе цилиндрического векторного пучка второго порядка
Статья научная
С помощью сканирующего ближнепольного оптического микроскопа исследовалась область обратного потока энергии, формируемого сфокусированным амплитудной зонной пластинкой цилиндрическим векторным пучком второго порядка. Сравнение распределения интенсивности, детектируемого пирамидальным металлизированным кантилевером с отверстием, и характеристик светового поля, рассчитанных с помощью метода FDTD и формул Ричардса-Вольфа, позволяет говорить о чувствительности кантилевера к поперечной составляющей интенсивности, а не суммарной интенсивности или компонентам вектора Пойнтинга в области обратного потока энергии.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена острая фокусировка света с циркулярно-азимутальной поляризацией m -го порядка. Это новый тип неоднородной гибридной поляризации, объединяющий свойства цилиндрической поляризации m -го порядка и круговой поляризации. С помощью формализма Ричардса-Вольфа получены аналитические выражения в фокусе для проекций векторов напряженности электрического и магнитного полей, распределения интенсивности, проекций вектора Пойнтинга и спинового углового момента. Теоретически и численно показано, что интенсивность в фокусе имеет 2( m + 1) локальных максимумов, расположенных вдоль замкнутого контура с нулевой интенсивностью в центре (на оптической оси). Показано, что в фокусе имеется 4 m вихрей поперечного потока энергии, центры которых расположены между локальными максимумами интенсивности. Также показано, что поперечный поток энергии меняет направление вращения 2(2 m + 1) раза при обходе в плоскости фокуса вокруг оптической оси. Интересно, что продольная проекция спинового углового момента в фокусе меняет знак 4 m раза. В тех областях плоскости фокуса, где поперечный поток энергии вращается против часовой стрелки, продольная проекция спинового углового момента положительная, а вектор поляризации вращается в плоскости фокуса против часовой стрелки. И наоборот, где поток энергии вращается по часовой стрелке, там и вектор поляризации вращается по часовой стрелке, а продольная проекция спинового углового момента отрицательная. Моделирование подтверждает выводы теории.
Бесплатно
Поперечный спиновый эффект Холла и поляризационная твист-лента в остром фокусе
Статья научная
В данной работе мы с помощью формализма Ричардса–Вольфа нашли явные аналитические выражения для координат большой и малой осей эллипса поляризации с центром в плоскости фокуса для цилиндрического векторного пучка целого порядка n. У такого пучка большая ось эллипса поляризации лежит в плоскости фокуса, а малая ось – перпендикулярна плоскости фокуса. Поэтому эллипс поляризации перпендикулярен плоскости фокуса, и вектор поляризации вращается по часовой или против часовой стрелки в этой плоскости (оптические колеса). И так как волновой вектор тоже перпендикулярен плоскости фокуса, то получается, что эллипс поляризации и волновой вектор лежат в одной плоскости, и в некоторый момент времени вектор поляризации может совпадать с волновым вектором, что является необычным для поперечных электромагнитных колебаний. Для цилиндрического векторного пучка вектор спинового углового момента лежит в плоскости фокуса. И при обходе по некоторой окружности с центром на оптической оси вектор спина на некоторых участках окружности направлен против часовой стрелки, а на других участках – по часовой стрелке. Этот эффект можно назвать поперечным (азимутальным) спиновым эффектом Холла, в отличие от известного продольного спинового эффекта Холла в остром фокусе. Под продольным спиновым эффектом Холла понимают разделение в плоскости фокуса областей с разным знаком продольной проекции вектора спинового углового момента. В работе показано, что таких областей всегда четное число и что при обходе по окружности вектор большой оси эллипса поляризации формирует двухстороннюю твист-поверхность с четным числом поворотов.
Бесплатно
Построение увеличенного изображения со сверхразрешением с помощью планарных ЛМ
Статья научная
С помощью принципа Ферма получена оценка для положения изображения внеосевого точечного источника, формируемого двумя разными линзами Микаэляна, расположенными вплотную друг за другом. Для системы двух градиентных линз Микаэляна, одна из которых в 2,5 раза больше другой, с помощью конечно-разностного FDTD-метода получено изображение двух точечных источников света со сверхразрешением (расстояние между источниками – 0,28l) и с линейным увеличением, равным 2,1 (изображения разделены расстоянием 0,59l), а для линейно расширяющейся (тейпированной) линзы Микаэляна получено линейное увеличение 3,14 (изображения двух источников разделены расстоянием 0,88l).
Бесплатно
Поток энергии вихревого поля в фокусе секансной градиентной линзы
Статья научная
В работе моделировалась фокусировка оптического вихря второго порядка с круговой поляризацией и цилиндрического векторного пучка второго порядка градиентной линзой Микаэляна. Показано, что в фокусе таких пучков образуется область, где проекция вектора Пойнтинга на ось Z отрицательна, то есть имеет место область с обратным потоком энергии. Добавление цилиндрического выреза в выходную плоскость линзы приводит к тому, что область с обратным потоком энергии находится в локальном максимуме интенсивности на оптической оси.
Бесплатно
Правила подготовки рукописей для журнала "Компьютерная оптика"
Ред. заметка
Журнал ориентирован на широкий круг ученых и специалистов в области информационных технологий, прикладной математики, оптики, квантовой электроники и нанофотоники. Решением Президиума Высшей аттестационной комиссии Минобрнауки России от 19 февраля 2010 года №6/6 журнал "Компьютерная оптика" включен в Перечень ВАК Минобрнауки РФ ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций. Журнал включен в базу данных Российского индекса научного цитирования (РИНЦ), текущий ИФ РИНЦ - 0,307. Все выпуски "Компьютерной оптики" с 1987 г. представлены в электронном виде в Интернете на сайте Научной электронной библиотеке (НЭБ, www.e-library.ru) и на сайте журнала http://www.computeroptics.smr.ru. Статьи, предложения и замечания направлять в редакцию по электронной почте: ko@smr.ru или в Учреждение Российской академии наук Институт систем обработки изображений РАН по адресу: Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151, офис 404, телефоны: (846)3325622, (846)3325783, факс: (846) 3325620. Актуальные правила подготовки рукописей для журнала "Компьютерная оптика" и шаблон со стилями находятся по адресу: http://www.computeroptics.smr.ru/guidelines.htm.
Бесплатно
Статья научная
В работе анализируется автодинный интерференционный метод измерения расстояния при пилообразной модуляции длинах волны лазерного излучения. Определены условия, при которых расстояние, полученное из спектра смоделированного автодинного сигнала, совпадает с заданным при компьютерном моделировании. Теоретически обосновываются предельные возможности метода при увеличении девиации длинах волны излучения лазера. Оценка предельных возможностей метода измерения расстояния по спектру автодинного сигнала составила 10 мкм на длине волны 650 нм при величине девиации лазерного излучения 5 нм. Обсуждаются трудности получения предельных значений точности измерения расстояния, связанные с нелинейной зависимостью длины волны излучения лазерного диода от его тока питания и необходимостью анализа автодинного сигнала на высоких частотах.
Бесплатно
Преобразование замедляющихся лазерных пучков в ускоряющиеся
Статья научная
Предложен метод получения решения параксиального уравнения Гельмгольца, описывающего двумерные световые пучки, ускоряющиеся на конечном отрезке траектории. Метод состоит в комплексном сопряжении и сдвиге вдоль продольной координаты (параллельной оптической оси) комплексной амплитуды известных замедляющихся световых пучков. Этим методом получены ускоряющиеся по траектории корневой параболы пучки Френеля и Лапласа, а также пучок «половины Бесселя». Замечено, что хорошо известные пучки Эрмита-Гаусса тоже являются ускоряющимися по гиперболической траектории световыми пучками. В отличие от известных бездифракционных ускоряющихся пучков Эйри рассмотренные здесь пучки при распространении сходятся в конце ускоряющегося отрезка траектории.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе разработан математический аппарат для описания распространение волн в металлическом волноводе в цилиндрической системе координат. Показано преобразование конической волны с круговой поляризацией в вихревой цилиндрически поляризованный пучок на основе разложения поля по векторным цилиндрическим модам. Результаты моделирования, основанные на разложении по плоским волнам, качественно согласуются с теоретическими выкладками.
Бесплатно
Преобразование краевой дислокации высокого порядка в набор оптических вихрей (винтовых дислокаций)
Статья научная
Теоретически показано, что астигматическое преобразование краевой дислокации (прямой линии нулевой интенсивности) n -го порядка формирует на двойном фокусном расстоянии от цилиндрической линзы n оптических эллиптических вихрей (винтовых дислокаций) с единичным топологическим зарядом, расположенных на прямой линии, перпендикулярной краевой дислокации, в точках, координаты которых являются корнями многочлена Эрмита n -го порядка. Орбитальный угловой момент краевой дислокации с астигматической фазой пропорционален n .
Бесплатно
Преобразование линейной поляризации в круговую при острой фокусировке оптического вихря
Статья
В статье показано, что при острой фокусировке оптического вихря с топологическим зарядом 2 и линейной поляризацией в плоскости фокуса вблизи оптической оси не только формируется обратный поток энергии (осевая проекция вектора Пойнтинга отрицательная), но и возникает правая круговая поляризация. Причем из-за спин-орбитальной конверсии вектор поляризации на оптической оси вращается в ту же сторону (против часовой стрелки), в которую вращается вокруг оптической оси поперечный поток энергии. Если поместить в фокус поглощающую сферическую микрочастицу с центром на оптической оси, то она должна вращаться вокруг оси и вокруг своего центра масс против часовой стрелки. Моделирование подтверждает теоретические предсказания.
Бесплатно
Преобразования структурно устойчивых состояний спиральных пучков под действием секторных возмущений
Статья научная
Исследовались условия нарушения структурной устойчивости спирального пучка, подверженного секторным возмущениям. На основе метода компьютерного моделирования и измерения спектров мод показано, что спиральный вихревой пучок имеет характерную каустическую поверхность, пересечение которой непрозрачным сектором резко изменяет форму линий тока вектора Пойнтинга и полный топологический заряд пучка. Секторное возмущение пучка почти не изменяет структуру линий тока с точностью до масштаба и поворота. Мы обнаружили, что возмущение пучка вызывает изменение направления циркуляции линий тока в области возмущения, которым вызваны появления вихрей с отрицательными топологическими зарядами. Их вклад в общий поток энергии составляет доли процента. Однако значимого изменения орбитального углового момента в пучке такие возмущения не вызывают, несмотря на рост числа вихревых мод. Тем не менее возмущенный пучок остается только условно структурно устойчивым из-за наличия малой доли оптических токов с противоположной циркуляцией.
Бесплатно
Статья научная
Разработана оптическая система для преобразования лазерных пучков с круговой поляризацией в цилиндрические векторные пучки на основе анизотропных кристаллов. Проведены экспериментальные исследования качества формирования пучков как по поляризационным, так и по структурным характеристикам. Исследования показали различия в формировании азимутальной и радиальной поляризаций для Гауссовых мод и пучков Бесселя. Установлены границы изменения параметров оптической системы для формирования различных типов поляризаций с различными амплитудно-фазовыми распределениями.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен метод приближенного решения уравнения переноса для неоднородной многократно рассеивающей среды, описываемой анизотропной фазовой функцией Хени-Гринштейна. Поток распространяющегося в среде излучения представлен в виде коллимированной и диффузной компонент, в которых транспортное уравнение распадается на две части. Уравнение для коллимированной компоненты легко разрешается и приводит к виду, описываемому законом Бугера, а интегро-дифференциальное уравнение для диффузной компоненты сведено к системе зацепляющихся уравнений в частных производных для порядков разложения диффузного потока по малому параметру. Каждое уравнение системы фактически является задачей Коши с граничными условиями равенства производных соответствующих порядков. Проведено сравнение с численным решением исходной задачи методом Монте-Карло, показана быстрая сходимость предложенного приближенного метода.
Бесплатно
Статья научная
В работе был рассмотрен алгоритм, выносящий решение о наличии или отсутствии проникновения на охраняемый объект на основе данных, получаемых датчиками инфракрасного излучения, входящими в беспроводную сенсорную систему. На основе теоретических положений приведены методики расчета ослабления средой инфракрасного излучения, в том числе ослабления за счет молекулярных газов и аэрозольного ослабления. Показаны особенности влияния окружающей среды на функционирование локальных тепловых сенсоров. Также рассмотрены особенности характеристик помехоустойчивости канала радиосвязи с учетом замираний. С целью анализа влияния среды на эффективность всей системы приведены зависимости полной вероятности ошибки от энергетического параметра как с учетом ослабления инфракрасного излучения средой на уровне локальных сенсоров, так и с учетом замираний в канале радиосвязи. Кроме того, приведена зависимость полной вероятности ошибки от дистанции связи под влиянием замираний. Выполнен анализ полученных результатов и оценена степень влияния среды распространения на качество функционирования беспроводной сенсорной системы теплового вида. При этом показано, что сложные метеоусловия могут оказать существенное влияние на эффективность функционирования локальных сенсоров, а следовательно, и всей системы. Однако, несмотря на возможное существенное ухудшение эффективности вследствие ослабления инфракрасного излучения, а также замираний в канале радиосвязи, эффективность может быть повышена за счет увеличения количества используемых сенсоров.
Бесплатно
Статья научная
Предложено использование дополнительных входных амплитудных масок в системах оптического кодирования с пространственно-некогерентным освещением для повышения отношения сигнал/шум в декодированных изображениях и увеличения визуальной скрытности кодированных изображений. Проведено компьютерное моделирование оптического кодирования с использованием данных масок для различных полутоновых изображений и ключей кодирования с широким диапазоном параметров. Получено, что применение дополнительных входных амплитудных масок приводит к увеличению отношения сигнал/шум в декодированном изображении более чем в 2 раза, а также значительно увеличивает визуальную скрытность кодированного изображения.
Бесплатно
Статья научная
На основе метода рассеянного поля для длины волны возбуждающего электромагнитного излучения 405 нм выполнено по алгоритму FDTD моделирование интенсивности локального поля вблизи поверхности сферических диэлектрических и металлических (серебряных) наночастиц радиуса 40 нм, размещённых в воздухе и вблизи плоской границы раздела двух диэлектриков. Получены оценки размеров области и величины максимального усиления ближнего поля, проведён анализ влияния границы раздела на распределение поля в моделируемой системе. Как отдельный случай исследованы нанокомпозиты на основе серебряных наночастиц и высококремнезёмных стёкол, полученные при использовании золь-гель технологий.
Бесплатно
Применение поляризационного фильтра для увеличения соотношения сигнал/шум на спекл-интерферограммах
Статья научная
С целью повышения точности и достоверности получаемых результатов при исследованиях вибрационных характеристик элементов конструкций разработаны метод повышения соотношения сигнал/шум на спекл-интерферограммах для оптических схем с гладкой опорной волной и разделёнными пучками и методика его реализации.
Бесплатно
Статья научная
Исследованы параметры микроструктур, полученных по технологии лазерной термохимической записи в плёнках молибдена с толщинами 17, 35 и 70 нм, нанесённых на стеклянные и кварцевые подложки. Построена зависимость пространственного разрешения микроструктур от мощности лазерного излучения для различных материалов оснований. Показано, что более высокого пространственного разрешения микроструктур можно добиться в плёнках молибдена толщиной 17 нм.
Бесплатно
Статья научная
Лазерным воздействием с применением фокусаторов излучения создан металлический нанопористый материал с высокой удельной площадью поверхности. Определены режимы лазерного воздействия, при котором в центре зоны термического влияния на поверхности исследуемого материала образуется нанопористый слой, содержащий продукты взаимодействия с окислительной средой меди и цинка в составе сплава. Для оценки механической прочности и термостойкости полученного нанопористого материала образцы из латуни Л62 после лазерной обработки подвергали пластической деформации и высокотемпературному воздействию. Основная часть поверхности после пластической деформации по двум различным режимам и двух высокотемпературных отжигов не имеет разрушений, отслаивания пористого слоя не наблюдалось, что свидетельствует о достаточно высокой механической прочности и термостойкости полученного нанопористого материала.
Бесплатно
