Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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
Статья научная
Для формирования наноразмерных пористых структур твердокристаллических материалов предлагается использовать метод сублимации более легко испаряющегося компонента сплава типа твердый раствор в сочетании с воздействием лазерным излучением с целенаправленно изменяемым пространственным распределением мощности. Придание обрабатываемым материалам требуемых физико-механических свойств осуществляется лазерной обработкой с использованием фокусаторов излучения. Проведен расчет распределения интенсивности излучения, формируемого фокусатором для лазерной обработки, позволяющей при последующем нагреве материала в безокислительной среде увеличить концентрацию пор и более равномерно распределить их в объеме.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены проблемы, которые возникают у разработчиков распознающих оптико-электронных систем, и апробированные методы их решения. Отмечены основные достижения в этой предметной области. На основании обобщения опыта синтеза лазерных локационных систем, обеспечивающих автоматическое распознавание объектов, сделан вывод о принципиальной возможности создания таких систем и общих правилах их синтеза.
Бесплатно
Программное обеспечение для устройства контроля чистоты и шероховатости оптических подложек
Статья научная
В работе описывается программное обеспечение, разработанное для устройства экспресс-контроля шероховатости и чистоты поверхности оптических подложек, позволяющее автоматизировать процесс измерений. Приводится описание общей схемы проведения исследований, решаются задачи организации хранения и обработки данных в системе.
Бесплатно
Продольная когерентность оптического поля протяженного пространственно некогерентного источника
Статья научная
Рассматривается продольная когерентность оптического поля протяженного пространственно некогерентного источника света в зависимости от ширины частотного и углового спектров этого поля. Получены выражения для функции и длины продольной когерентности оптического поля в зависимости от ширины частотного и ширины углового спектров поля. Обсуждается конкурирующее влияние углового и частотного спектров поля на его продольную когерентность. Выполнены экспериментальные исследования с использованием сканирующего интерферометра Майкельсона продольного сдвига, подтверждающие теоретические результаты.
Бесплатно
Продольный профиль люминесцентных треков, индуцированных лазерными филаментами в кристалле LiF
Статья научная
Филаментация фемтосекундных лазерных импульсов в кристалле фторида лития LiF приводит к формированию люминесцентных треков из центров окраски, таких как F2- и F+3- центры. Формирование треков применяется для создания оптических микроструктур в объеме кристалла, например, микроволноводов. При многоимпульсном облучении наблюдается увеличение длины треков. В данной теоретической работе при помощи численного моделирования показано, что нелинейность зависимости наблюдаемой интенсивности люминесценции центров окраски от их концентрации играет роль в видимом удлинении треков, наряду с другими известными механизмами.
Бесплатно
Проектирование неполяризующих интерференционных систем
Статья научная
Представлены методики построения конструкций интерференционных систем, которые обеспечивают малое расхождение между спектральными характеристиками энергетического коэффициента отражения (пропускания) для s- и р-поляризаций. Разработанные на основании этих методик системы состоят из слоёв, толщины которых кратны четверти длины волны. В зависимости от используемой методики построения количество пленкообразующих материалов, используемых для формирования входящих в состав интерференционных систем слоёв, может колебаться от двух до четырёх. Анализ спектральных характеристик полученных конструкций показал, что в рассматриваемом диапазоне спектра расхождение между интегральными характеристиками для s- и р-поляризаций меньше 2 %.
Бесплатно
