Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
Для четырёхволнового преобразователя излучения в оптически прозрачной среде проведён анализ динамики пространственного спектра объектной волны. Показано, что такой четырёхволновой преобразователь излучения осуществляет фильтрацию высоких пространственных частот. С течением времени ширина полосы пространственных частот, вырезаемая четырёхволновым преобразователем излучения, уменьшается, выходя на установившееся значение.
Бесплатно
Статья научная
Проведён теоретический анализ динамики пространственного спектра объектной волны при вырожденном четырёхволновом взаимодействии в прозрачном растворе наночастиц в классической схеме со встречными волнами накачки. Показано, что при распространении волн накачки ортогонально силе тяжести в модуле пространственного спектра объектной волны возникает провал, полуширина которого с течением времени немонотонно уменьшается, а с ростом радиуса наночастиц увеличивается в направлении силы тяжести. Существует оптимальное время, за которое полуширина провала в направлении силы тяжести достигает наименьшего значения. Это время монотонно убывает с ростом радиуса наночастиц, а также с уменьшением толщины раствора.
Бесплатно
Пространственное интегрирование оптических пучков с использованием многослойных брэгговских структур
Статья научная
Рассмотрена дифракция двумерного оптического пучка на многослойной брэгговской структуре. Показано, что брэгговская решётка с дефектом позволяет выполнить операцию пространственного интегрирования двумерного профиля падающего пучка с центральной пространственной частотой, близкой к константе распространения квазиволноводной моды дефектного слоя. Пространственное интегрирование осуществляется в пропускании с экспоненциальной весовой функцией, скорость затухания которой определяется величиной добротности резонанса. Результаты электромагнитного моделирования показывают хорошее соответствие численных результатов приведённому теоретическому описанию.
Бесплатно
Статья научная
С использованием функции временного отклика, функции размытия точки проанализированы пространственные и временные характеристики вырожденного четырехволнового преобразователя в многомодовом волноводе с резонансной нелинейностью. Для четырехволнового преобразователя при условии одномодовых с равными номерами мод волнами накачки получены зависимости ширины временного отклика от номера моды объектной волны, интенсивности первой волны накачки, длины волновода. Показано, что наибольший вклад в амплитуду объектной волны обусловлен модой волновода, номер которой совпадает с номерами мод одномодовых волн накачки. Для стационарного режима учет пространственной структуры гауссовой волны накачки приводит с уменьшением ширины пучка накачки к монотонному уменьшению с последующим выходом на постоянное значение полуширины модуля функции размытия точки. При одномодовых волнах накачки с равными номерами мод с увеличением номера моды волн накачки наблюдается перераспределение энергии, сосредоточенной в побочных максимумах изображения точечного сигнала, улучшение качества обращения волнового фронта.
Бесплатно
Пространственный спектр (дифракционное гало) Фурье-спеклограммы рассеивающего объекта
Статья научная
Представлена феноменологическая теория пространственного спектра (дифракционного гало) фурье-спеклограммы рассеивающего объекта. Показано, что распределение средней интенсивности поля в дифракционном гало определяется функцией автокорреляции распределения средней интенсивности по поверхности объекта, включая влияние формы апертуры объекта. Результаты натурных экспериментов и численного моделирования подтверждают справедливость предложенной теории формирования дифракционного гало.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается эффект уменьшения модуля пространственного спектра сигнала когерентности на высоких пространственных частотах при оптической дефокусировке изображения объекта в цифровой голографической микроскопии на пропускание с квазимонохроматическим частично пространственно когерентным освещением. Представлено теоретическое описание эффекта и результаты численного моделирования его проявления для точечного рассеивающего объекта. Проведено экспериментальное исследование эффекта в лазерном частично пространственно когерентном излучении, формируемом с использованием движущегося рассеивателя, для объекта в виде слоя квазиточечных рассеивателей. Представлено сравнение результатов эксперимента с результатами численного моделирования, выполненного на основании теории, и показана высокая степень сходства экспериментальных результатов с теоретическими.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено влияние ширины углового спектра освещающего объект полихроматического поля на цвет интерференционного изображения в оптической микроскопии слоистых микроструктур. Получены выражения для интенсивности интерференционного изображения однослойного объекта с учётом частотного и углового спектров освещающего поля. Показано влияние ширины углового спектра освещающего поля на взаимную когерентность и разность фаз интерферирующих волн. Приводятся результаты компьютерного моделирования формирования интерференционных изображений тонкого слоя при квазимонохроматическом и полихроматическом освещающем поле с различной шириной углового спектра. Проведён количественный анализ влияния угловой апертуры поля белого света на цвета формируемого интерференционного изображения. Экспериментально исследованы изменения интерференционных цветов изображения слоя в оптическом микроскопе при изменении ширины углового спектра освещающего поля, и проведено сравнение изменений цветов изображений, получаемых экспериментально и теоретически.
Бесплатно
Статья научная
В статье показано, что модель астигматического структурированного пучка, полученная ABCD матричным методом, оказывается более простой и наглядной по сравнению с подходом на основе интегральных преобразований (статья Воляр, А.В. Управление гигантскими всплесками орбитального углового момента структурированных Лагерр–Гауссовых пучков в среде с общим астигматизмом / А.В. Воляр, Е.Г. Абрамочкин, М.В. Брецько, С.И. Халилов, Я.Е. Акимова // Компьютерная оптика. – 2024. – Т. 48, № 1. – С. 35-46. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1395). Мы детально изучили физические механизмы формирования экстремальных значений орбитального углового момента после цилиндрической линзы при общем астигматизме. Исследования спектра мод структурированного пучка позволили разработать новый метод измерения общего в структурированном пучке, основанный на единственном измерении перекрестного момента интенсивности при компьютерной обработке картины интенсивности. Показано, что в основе таких упрощенных измерений лежит вырождение недиагональных элементов W и M субматриц, что снижает число дополнительных степеней свободы структурированного пучка с десяти до семи.
Бесплатно
Прямое измерение орбитальных параметров Стокса
Статья научная
В основе метода прямого измерения орбитальных параметров Стокса лежит аналогия со стандартным подходом к измерению поляризационных параметров Стокса структурированных пучков. В качестве четвертьволновой пластинки выступает цилиндрическая линза, а действие поляризатора ассоциируется с действием матричного оператора моментов интенсивности P второго порядка на картину интенсивности структурированного пучка, снятую перед цилиндрической линзой и в плоскости двойного фокуса. Использовались физически измеряемые элементы симплектической 4D-матрицы P, а именно, элементы 2D-субматрицы . Процесс измерений предполагает только два снимка распределения интенсивности, компьютерная обработка которых позволяет вычислить шесть ключевых компонент искомых параметров. Вычисление первых двух орбитальных параметров Стокса S1 и S2 предполагает компьютерную обработку первого снимка картины интенсивности перед цилиндрической линзой. Третий орбитальный параметр Стокса S3 вычисляется при компьютерной обработке второго снимка картины интенсивности в плоскости двойного фокуса как разность недиагональных элементов субматрицы W в направлениях ϕ1=π/4 и –ϕ1=π/4. Основанием к такому выбору подхода к измерению параметра S3 является обнаруженный нами принцип взаимности между орбитальным угловым моментом исследуемого пучка и недиагональными элементами Wxy в плоскости двойного фокуса цилиндрической линзы. Полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с компьютерным моделированием, а также с результатами других авторов.
Бесплатно
Пучки Лагерра-Гаусса с комплексным смещением в декартовых координатах
Статья научная
Рассмотрено обобщение семейства лазерных мод Лагерра-Гаусса с асимметричным распределением интенсивности. При распространении асимметричного пучка Лагерра-Гаусса в однородном пространстве уменьшается асимметрия главного (центрального) светового кольца и повышается контраст остальных колец. Число световых колец совпадает с числом колец стандартной (симметричной) моды Лагерра-Гаусса. С помощью разложения в угловой спектр плоских волн аналитически рассчитана мощность асимметричных пучков Лагерра-Гаусса и проекция их орбитального углового момента на оптическую ось. Установлено, что нормированный орбитальный угловой момент (орбитальный угловой момент на фотон) полностью определяется топологическим зарядом и отношением смещений к радиусу перетяжки Гауссова пучка. Получены условия, при которых нормированный орбитальный угловой момент совпадает с топологическим зарядом (как у оптических вихрей).
Бесплатно
Пучки Пирси с орбитальным угловым моментом
Статья научная
Получено новое решение параксиального уравнения Гельмгольца, описывающее двухпараметрическое семейство структурно-устойчивых трёхмерных вихревых кольцевых пучков Пирси, комплексная амплитуда которых выражается через вырожденную гипергеометрическую функцию. Вихревые пучки Пирси обладают орбитальным угловым моментом и свойством автофокусировки и распространяются до фокуса по ускоряющейся траектории, когда кольцо интенсивности пучка «резко» уменьшается в диаметре. Получено явное выражение для комплексной амплитуды вихревых кольцевых пучков Пирси-Гаусса, которые также обладают свойством автофокусироки.
Бесплатно
Пучки Фурье-Бесселя с конечной энергией
Статья научная
В данной работе рассматривается новый вид пучков Бесселя, обладающих свойством Фурье-инвариантности и поэтому названных пучками Фурье-Бесселя. Данные пучки в отличие от известных пучков Бесселя имеют слабые боковые лепестки. Получены аналитические выражения для комплексной амплитуды поля в начальной плоскости и дальней зоне. Данные пучки обладают конечной энергией, хотя у них нет Гауссовой огибающей. В исходной плоскости и в зоне Фраунгофера их комплексная амплитуда пропорциональна функции Бесселя дробного порядка (нечетное целое число, деленное на 6). По сравнению с модами Лагерра-Гаусса с нулевым радиальным индексом, такие пучки имеют меньшее внутреннее темное пятно. Такие пучки могут генерироваться пространственным модулятором света и применяться в телекоммуникациях, интерферометрии и при захвате металлических частиц.
Бесплатно
Пучки только с поперечной интенсивностью в фокусе
Статья научная
В данной работе численно с помощью формул Ричардса-Вольфа была промоделирована острая фокусировка векторных пучков с азимутальной поляризацией и пучков с V-линией неопределённости поляризации. Было продемонстрировано, что в остром фокусе для этих пучков отсутствует продольная составляющая напряженности электрического поля. Ранее подобный эффект демонстрировался только для азимутально-поляризованных пучков. Была рассчитана продольная составляющая спинового углового момента для этих пучков и показана возможность создания секторных азимутально-поляризованных пучков с помощью векторных волновых пластинок.
Бесплатно
Разновидность Фурье-инвариантных гауссовых пучков
Статья научная
Найдено двухпараметрическое семейство астигматических эллиптических Гауссовых (АЭГ) оптических вихрей, которые являются модами свободного пространства с точностью до изменения масштаба и поворота. Рассчитан полный нормированный орбитальный угловой момент астигматических эллиптических Гауссовых вихрей, который может быть целым, дробным и нулевым и который равен алгебраической сумме двух слагаемых, отражающих вклад вихревой и астигматической составляющих светового поля. В любой поперечной плоскости такой пучок представляет собой изолированный n -кратно вырожденный ноль интенсивности на оптической оси (оптический вихрь), внедрённый в эллиптический Гауссов пучок, и имеет, наряду с квадратичной эллиптической фазой, фазу цилиндрической линзы, повернутой на угол 45 градусов по отношению к главным осям эллипса интенсивности Гауссова пучка.
Бесплатно
Разработка метода, позволяющего улучшить разрешающую способность дифракционного спектрофотометра
Статья научная
В ряде случаев разрешающая способность имеющихся в наличии спектрометров недостаточна. В данном сообщении описано устройство интерференционной приставки к дифракционному спектрометру, позволяющей увеличить его разрешение и чувствительность при спектроскопии адсорбированных молекулярных слоёв. Приставка преобразует промышленный прибор в комбинированный дифракционно-интерференционный монохроматор. Приведены расчеты величины разрешающей способности, и экспериментально показано, что устройство позволяет увеличить разрешающую способность дифракционного спектрометра на порядок. Увеличение разрешающей способности достигается установкой перестраиваемого многолучевого интерферометра по ходу излучения дифракционного спектрометра, проходящего исследуемый образец, что позволяет производить дополнительное сканирование выделенного спектрометром участка спектра. В статье приведены экспериментальные данные по перестройке интерферометра его наклоном относительно направления излучения, предусмотрена возможность перестройки устройства при помощи пьезоуправления. Чувствительность комбинированного устройства позволяет использовать его в качестве анализатора спектра адсорбированных веществ. В конструкции приставки предусмотрен легко устанавливаемый штуцер для ввода исследуемого газообразного вещества.
Бесплатно
Статья научная
В работе обсуждаются проблемы изготовления и контроля качества конформальных корректоров для мощных твердотельных YAG:Nd3+ лазеров. Предложено использовать метод безмасочной проекционной фотолитографии как альтернативу фотолитографии с зазором на основе растрированных полутоновых шаблонов. Рассмотрено применение метода зеркальной спектроскопической рефлектометрии для контроля формы корректоров на стадии рельефа в фоторезисте. Совокупность использованных методов значительно повышает производительность изготовления корректоров в сочетании с удешевлением процесса.
Бесплатно
Разработка нового поколения полупроводниковых источников освещения
Статья научная
Разработана патентно-чистая технология и конструкция нового поколения эффективных, мощных, экономичных, надёжных, радиационно-стойких, экологически чистых полупроводниковых источников света для освещения улиц, площадей, фасадов зданий и других объектов. Основными элементами источников освещения являлись не дискретные светодиоды, а светодиодные модули, содержащие более пяти гетероструктур. Выбраны оптимальные по структуре и размерам гетероструктуры на медном основании и алюмо-иттриевые люминофоры различного состава, активированные церием и празеодимом, которые позволили получать источники с цветовой температурой 2850-7000 К. Предложена математическая модель, которая позволила вывести аналитические люмен-амперные характеристики гетероструктур. Приоритетные исследования воздействия проникающей радиации на светодиодные модули с синим и белым цветом свечения позволили установить исключительно высокую радиационную стойкость как гетероструктур, так и люминофоров любого состава.
Бесплатно
Статья научная
В работе осуществлено обучение и распознавание типов аберраций, соответствующих отдельным функциям Цернике, по картине интенсивности функции рассеяния точки с применением свёрточных нейронных сетей. Картины интенсивности функции рассеяния точки в фокальной плоскости моделировались с применением алгоритма быстрого преобразования Фурье. При обучении нейронной сети коэффициент обучения и количество эпох для датасета заданного размера был подобран эмпирически. Средние ошибки предсказания нейронной сети для каждого типа аберраций были получены для набора из 15 функций Цернике по датасету из 15 тысяч картин функции рассеяния точки. В результате обучения для большинства типов аберраций получены усреднённые абсолютные погрешности в диапазоне 0,012 - 0,015, однако определение коэффициента (величины) аберрации требует дополнительных исследований и данных, например, расчёта функции рассеяния точки во внефокальной плоскости.
Бесплатно
Статья научная
Дана количественная оценка глубины резкости оптических систем. Приведены результаты расчёта распределения комплексной амплитуды и интенсивности в трёхмерной фигуре рассеяния, формируемой оптической системой при осевом расположении точечного объекта. Работа выполнена в интересах разработки оптических систем с увеличенной глубиной резкости применительно к синтезированной голограмме точечного объекта, расположенного на перпендикуляре, восстановленном из центра голограммы.
Бесплатно
Распространение импульсов поля и расчёт динамических инвариантов в волноводе с выпуклой оболочкой
Статья научная
В работе рассмотрен метод решения системы уравнений Максвелла в случае граничных условий, зависящих от времени на торце волновода со сверхпроводящими стенками. Получено явное аналитическое решение для квазигармонического сигнала, у которого ширина импульса в частотной области намного меньше, чем несущая частота. Рассмотрены численные примеры в случае распространения в круглом полом металлическом волноводе Гауссова импульса, представляющего собой совокупность мод. Рассмотрен расчёт динамических инвариантов коротких импульсов при распространении в волноводе с проводящей оболочкой произвольной формы. Описана процедура квантования электромагнитного поля в волноводе со сверхпроводящими стенками.
Бесплатно
