Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Просветление поверхности диэлектрика наночастицами серебра
Статья научная
Показана возможность просветления поверхности непоглощающего диэлектрика с помощью гетерогенного композита с наночастицами серебра несферической формы. Представленные результаты теоретического анализа отвечают случаю, когда серебряные наночастицы внедрены непосредственно в просветляемый материал на субволновую глубину.
Бесплатно
Статья научная
Предложена простая модификация разработанной ранее оптической системы для генерации поляризационно-неоднородного лазерного излучения, основанная на применении ДОЭ с несущей частотой. Уменьшение габаритов и веса оптической системы, снижение потерь световой энергии, а также уменьшение числа согласуемых параметров и упрощение настройки достигнуто за счёт исключения из оптической схемы линз. Полностью сохраняются все функции предыдущей версии системы, а именно: универсальность и простота перестройки на разные типы поляризаций. Проведённые эксперименты показали улучшение качества формирования пучков.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложен метод формирования полых световых пучков, распределение интенсивности которых в поперечном сечении имеет форму простейших геометрических фигур. В основе метода лежит использование интерференции двух соосных пучков Бесселя. Данные пучки обладают бездифракционными свойствами и могут быть использованы в качестве световых ловушек для контролируемого манипулирования несферическими микрообъектами.
Бесплатно
Простой способ эффективного формирования различных бездифракционных лазерных пучков
Статья научная
Предложен простой в реализации энергетически эффективный способ формирования различных бездифракционных лазерных пучков, основанный на диафрагмировании вихревого кольцевого пространственного спектра, созданного фазовым дифракционным оптическим элементом или пространственным модулятором света.
Бесплатно
Статья научная
Изучены пространственные характеристики вырожденного четырёхволнового преобразователя излучения в жидкости, содержащей наночастицы, в схеме с попутными волнами накачки. Показано, что условие фазового синхронизма определяет общий вид модуля пространственного спектра объектной волны, а наличие явления электрострикции и эффекта Дюфура - возникновение в модуле пространственного спектра провалов, положения которых соответствуют направлениям распространения волн накачки. Получены зависимости характеристик провала от параметров волн накачки.
Бесплатно
Статья научная
На основе уравнений Максвелла-Блоха проведено численное моделирование пространственно-временной динамики поперечного профиля оптического поля в лазере с отстройкой частоты. Показано, что при определённых значениях лазерных параметров наблюдаются автоволны, распространяющиеся поперёк апертуры. Также показано, что в исследуемой системе наблюдается переход к пространственно-временному хаосу через каскад бифуркаций удвоения тора.
Бесплатно
Пространственно-временные неустойчивости в широкоапертурных лазерах
Статья научная
Работа посвящена теоретическому исследованию пространственно-временной динамики широкоапертурных лазеров. Проведён анализ устойчивости пространственно однородного режима генерации. Показано, что в таких лазерах реализуется волновая неустойчивость, построена бифуркационная диаграмма. Проведено численное моделирование пространственно-временной динамики лазера, подтвердившее выводы линейного анализа. На нелинейной стадии развития возмущения наблюдаются переключения между различными пространственными модами.
Бесплатно
Статья научная
Для квазивырожденного четырёхволнового преобразователя излучения в прозрачной двухкомпонентной среде с учётом электрострикции и эффекта Дюфура проведён анализ пространственно-временной структуры объектной волны. С течением времени ширина полосы наиболее эффективно преобразуемых пространственных частот увеличивается. Для установившегося пространственного спектра объектной волны показано смещение положения максимума спектра в область низких пространственных частот и уменьшение ширины полосы наиболее эффективно преобразуемых частот с ростом отклонения от единицы отношения волновых чисел волн накачки.
Бесплатно
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
