Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Расчет периодических структур для равномерного вывода света из планарного тонкого волновода
Статья научная
Рассмотрен метод решения задачи вывода света из подсветки ЖК дисплея, работающей от одного светодиода, в приближении тонкого волновода. Внимание уделено двум способам расчета: с кусочно-постоянной плотностью расположения микроструктур на волноводе и расчетным положением каждой микроструктуры. Результаты расчетов промоделированы методом трассировки лучей Монте-Карло.
Бесплатно
Статья научная
Представлен метод расчета преломляющей поверхности, формирующей заданное распределение освещенности с большими угловыми размерами при протяженном источнике излучения. Метод основан на градиентной оптимизации преломляющей поверхности, представленной в виде бикубического сплайна в сферических координатах. Рассчитаны оптические элементы, формирующие равномерные распределения освещенности в эллиптической и прямоугольной областях. Энергетическая эффективность оптических элементов составляет более 73%, а неравномерность формируемого распределения освещенности - менее 7,5%. Отношение размера освещаемой области к расстоянию до источника составляет около 6,5, что более чем в два раза превосходит результаты, представленные в известных публикациях.
Бесплатно
Расчет преломляющего оптического элемента, формирующего диаграмму направленности в виде отрезка
Статья научная
Предложена конструкция преломляющего оптического элемента для формирования от компактного источника излучения диаграммы направленности в виде отрезка. Расчет поверхностей оптического элемента сведен к решению тривиальных задач с цилиндрической симметрией. Приведены результаты численного моделирования формируемых диаграмм направленности. Энергетическая эффективность оптических элементов составляет - 90 % при угловых размерах диаграмм направленности в 80-180°.
Бесплатно
Расчет силы взаимодействия светового пучка с микрочастицами произвольной формы
Статья научная
Описан метод расчета сил действующих на микрочастицу в световом поле. Проведена проверка адекватности метода на основе сравнения с экспериментальными данными.
Бесплатно
Расчет силы, действующей на сферический микрообъект в гипергеометрических пучках
Статья научная
Проведен численный расчет сил действующих на сферический микрообъект в новом семействе параксиальных лазерных пучков. При распространении в однородном пространстве эти пучки сохраняют свою структуру с точностью до масштаба. Численно показано, что при сохранении азимутального номера моды и изменении радиального номера моды в несколько раз, сила, действующая на диэлектрический микрошар, диаметр которого меньше ширины яркого светового кольца моды, также изменится примерно в такое же число раз.
Бесплатно
Расчет тремя методами интенсивности цилиндрического векторного пучка в остром фокусе
Статья научная
В работе проводится сравнение расчета поля дифракции в остром фокусе тремя непараксиальными методами: методом конечных разностей во временной области (FDTD-метод), интегралом Рэлея-Зоммерфельда и преобразованием Ричардса-Вольфа при векторном цилиндрическом начальном поле. Преобразование Ричардса-Вольфа использовалось с двумя функциями аподизации выходного зрачка - для сферической и тонкой дифракционной линз. Результаты показали, что при существенной экономии времени расчета с помощью интегралов Рэлея-Зоммерфельда и Ричардса-Вольфа при задании обоих поперечных компонент поля можно получать результаты со среднеквадратичным отклонением от FDTD-метода всего 2 %. Причем при сверхкоротком фокусном расстоянии (менее 1,6…2,6 мкм для длины волны 633 нм) более точным оказывается преобразование Ричардса-Вольфа, а при удалении от начальной плоскости и вне фокальной плоскости более точным является интеграл Рэлея-Зоммерфельда.
Бесплатно
Расчет частотной характеристики ТЕМ-камеры
Статья научная
С использованием многомодовых матриц рассеяния рассчитана частотная характеристика ТЕМ-камеры, которая предназначена для проведения испытаний электронных компонентов и систем на электромагнитную совместимость.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлен оптимизационный метод для расчёта экструдированных оптических элементов светодиодов с двумя преломляющими поверхностями из условия формирования заданных распределений интенсивности. Метод основан на использовании разработанной процедуры быстрой трассировки лучей, в которой используется аппроксимация оптических поверхностей набором плоскостей, и учитывает протяженный характер источника излучения. Световая эффективность рассчитанных примеров оптических элементов выше 89 %, а среднеквадратичное отклонение формируемого распределения освещённости от заданного не превышает 2 %.
Бесплатно
Расчёт Эйконала светового поля для фокусировки в набор точек
Статья научная
Рассмотрен итерационный метод расчёта функции эйконала светового поля из условия фокусировки в набор точек. Предложенный метод является обобщением метода «согласованных параболоидов», предложенного для расчёта зеркал, формирующих дискретные распределения интенсивности (освещённости) в виде набора точек. Представлены результаты расчёта функций эйконала и соответствующих рефракционных оптических элементов для фокусировки плоского пучка в набор точек в эллиптической области, в области в виде креста и в виде надписи «IPSI». Результаты моделирования показывают высокое качество фокусировки и подтверждают работоспособность предложенного метода.
Бесплатно
Расчёт высокоапертурных конфокальных дифракционно-линзовых объективов
Статья научная
В работе исследованы возможности коррекции монохроматических аберраций высокоапертурных конфокальных объективов, состоящих из дифракционных линз. Потенциальные возможности этих объективов демонстрируются применительно к задачам глубокой ультрафиолетовой литографии и сравниваются с возможностями рефракционно-линзовых объективов. Показано, что сопоставимые характеристики у дифракционно-линзовых объективов достигаются при существенно меньшем количестве линз.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается дифракция Гауссовых пучков на цилиндрическом аксиконе в случае, когда числовая апертура аксикона близка к предельной или выше неё (когда падающее излучение не должно проходить через элемент). Дифракция рассматривается в трёх моделях: геометро-оптической, векторной волновой в приближении тонкого оптического элемента и на основе решения уравнений Максвелла методом конечных элементов. Хотя в рамках геометро-оптической модели предельная числовая апертура соответствует наступлению полного внутреннего отражения, анализ хода лучей показал, что при увеличении числовой апертуры (сужении угла аксикона) часть энергии выходит из элемента через боковые грани, формируя расходящееся излучение. В волновой теории рассеяние энергии в боковых направлениях также получается, но особую роль играют затухающие волны вблизи оптического элемента. В этом случае в приближении тонкого элемента получены аналитические оценки для компонент электрического поля. Использование метода конечных элементов для решения уравнений Максвелла показало, что с точки зрения концентрации энергии на острие рефракционного аксикона увеличение его числовой апертуры (как за счёт сужения угла, так и за счёт увеличения показателя преломления материала) имеет смысл только до наступления полного внутреннего отражения. Дальнейшее увеличение числовой апертуры приводит как к отражению лучей от плоской поверхности, так и выходу их из боковых граней аксикона.
Бесплатно
Статья научная
С применением электромагнитной теории дифракции рассмотрена возможность достижения сверхразрешения с помощью бинарных высокоапертурных аксиконов при линейной поляризации падающего на элемент излучения. Показано, что уширение центрального светового пятна, которое неизбежно возникает при линейной поляризации освещающего высокоапертурный аксикон пучка, можно компенсировать с помощью фазового линейного скачка в освещающем пучке или за счёт использования биаксикона вместо осесимметричного аксикона. При этом в непосредственной близости от поверхности оптического элемента формируется световое пятно, размер которого на 37% меньше дифракционного предела.
Бесплатно
Расчёт дифракционной линзы с фиксированным положением фокуса при нескольких заданных длинах волн
Статья научная
Предложен метод расчёта «спектральной» дифракционной линзы, обеспечивающей сохранение положения фокуса при нескольких различных длинах волн. Метод основан на минимизации функции, характеризующей отклонение комплексных функций пропускания спектральной линзы для заданных длин волн от функций комплексного пропускания дифракционных линз, рассчитанных отдельно для каждой из заданных длин волн. В качестве примера рассчитаны спектральные дифракционные линзы для трёх и семи длин волн. Результаты моделирования работы рассчитанных линз подтверждают хорошую работоспособность предложенного метода.
Бесплатно
Статья научная
Предложен метод расчёта зеркал, формирующих заданное непрерывное распределение освещённости в двумерной области. В рамках метода поверхность зеркала представляется в виде огибающей двухпараметрического семейства эллипсоидов. Работоспособность метода проиллюстрирована примерами расчёта зеркал, формирующих постоянную освещённости в областях различной формы.
Бесплатно
Расчёт и анализ компактного пластмассово-линзового рефракционно-дифракционного вариообъектива
Статья научная
Представлены принципы и основные этапы компоновки оптической схемы вариообъектива, охватывающие выбор исходной схемы и её трансформацию путём включения ДЛ и замены стёкол РЛ наиболее технологичными и коммерчески доступными оптическими пластмассами. Приведены конструктивные параметры и результаты исследования рассчитанного компактного пластмассово-линзового рефракционно-дифракционного вариообъектива.
Бесплатно
Расчёт и анализ трёхволнового дифракционного фокусирующего дублета
Статья научная
Исследованы возможности создания чисто дифракционного фокусирующего дублета, состоящего из двух разнесённых в пространстве элементов и обеспечивающего фокусировку в один и тот же фокус для трех монохроматических источников с разными длинами волн. Проанализированы характеристики рассчитанного дублета. Путем численного моделирования получены полихроматические фокальные распределения для разработанной системы.
Бесплатно
Статья научная
В статье выведены и проанализированы зависимости угловой и спектральной селективностей от углов падения опорного пучка при получении отражательных и пропускающих цветных голограмм. Показано, что для получения цветных голограммных стереограмм наиболее предпочтительно использовать метод получения отражательных стереограмм. Связано это с тем, что при сопоставимых угловых селективностях отражательной и пропускающей цветных голограмм у отражательной цветной голограммы значительно выше спектральная селективность на всех длинах волн ее получения (для всех ее цветовых компонентов). Были разработаны метод и аппаратура для одноэтапного цифрового получения цветных полнопараллаксных голограммных стереограмм с формированием в плоскости голограммы безрастрового изображения. Были получены образцы цветной полнопараллаксной защитной голограммной стереограммы с эффектом изменения изображения («флип-флоп» эффектом). Качество восстановленного изображения подтвердило высокую спектральную и угловую селективность для данного типа голограмм.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена схема оптической когерентной микроскопии полного поля на основе интерферометра Майкельсона с широкополосным источником света и акустооптической спектральной фильтрацией излучения в приемном канале. Для этой схемы приведены основные соотношения для расчета интерференционной картины, формируемой переносящими изображения световыми пучками после дифракции на акустической волне в одноосном кристалле. Представлены результаты численного моделирования и их сравнение с экспериментальными данными.
Бесплатно
Расчёт компактной оптики для формирования заданных распределений освещённости
Статья научная
Предложена компактная оптическая система, состоящая из тонкого коллиматора и микролинзового массива, для равномерного освещения областей различной формы. Представлены аналитические формулы для расчёта микролинз массива. Результаты моделирования рассчитанных оптических элементов в пакете прикладных программ Zemax показывают высокую равномерность освещения областей квадратной, прямоугольной и линейной форм.
Бесплатно
Расчёт комплексной функции пропускания рефракционных аксиконов
Статья научная
В работе на основе геометро-оптического анализа рассмотрен ход лучей для рефракционных аксиконов в двух конфигурациях: при падении лазерного излучения на плоскую часть аксикона и на остриё. Выполненные расчёты позволяют получить комплексное распределение функции пропускания аксикона, которое далее используется в векторном интеграле Рэлея - Зоммерфельда при моделировании распространения прошедшего аксикон излучения в ближней зоне дифракции.
Бесплатно
