Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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
Статья научная
Рассмотрены радиально-симметричные дифракционные оптические элементы, формирующие в параксиальной области набор локальных фокусов или нулевых значений по определённому закону. При этом осевое распределение определяется пространственным спектром от радиальной функции оптического элемента, что позволяет назвать эти элементы продольно-спектральными линзами. Теоретическое объяснение эффекта базируется на сведении преобразования Френеля–Ханкеля к одномерному преобразованию Фурье. Рассмотрены различные линзы, в том числе формирующие модовые продольные распределения, пропорциональные функциям Эйри и Гаусса–Эрмита.
Бесплатно
Статья научная
Представлен новый метод расчёта двух преломляющих поверхностей оптических элементов светодиодов из условия формирования заданного распределения интенсивности. Процедура расчёта позволяет разделить работу по преломлению лучей между внутренней и внешней поверхностями в заданном соотношении. В качестве примера рассчитан оптический элемент, формирующий с эффективностью 89 % диаграмму направленности для освещения улиц и дорог класса А. Полученный элемент с запасом удовлетворяет критериям, предъявляемым к освещению дорог данного типа, при размещении фонарных столбов на расстоянии от 20 до 35 м друг от друга.
Бесплатно
Статья научная
Расчёт осесимметричных оптических элементов светодиодов, содержащих поверхность, работающую по принципу полного внутреннего отражения, сведён к численному интегрированию дифференциальных уравнений первого порядка, разрешённых относительно производной. Рассчитаны примеры оптических элементов, формирующие равномерные распределения интенсивности и освещённости в областях с угловым размером 40°. Световая эффективность рассчитанных оптических элементов составляет 90-92 % при неравномерности формируемого распределения освещённости менее 4 %. Получена зависимость неравномерности формируемого светового распределения от размеров протяжённого источника. Показано, что разработанные методы демонстрируют хорошую работоспособность в случаях, когда расстояние до внутренней поверхности в 5 раз и более превышает характерный размер источника.
Бесплатно
Статья научная
Разработан метод расчёта осесимметричного оптического элемента для получения заданного распределения освещённости на поверхности вращения. Расчёт поверхностей оптического элемента сведён к интегрированию системы трёх дифференциальных уравнений первого порядка, разрешённых относительно производной. В качестве примеров рассчитаны оптические элементы для формирования равномерного распределения освещённости на сферической поверхности и вдоль отрезка оптической оси.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены и обсуждаются результаты расчётов радиусов сферических аберраций пятого, седьмого и девятого порядков многопорядкового фокусирующего голограммного оптического элемента с исправленной сферической аберрацией третьего порядка в рабочем спектральном диапазоне. В качестве примеров рассматриваются светосильные осевые ГОЭ с относительными отверстиями, близкими к 1:1 в заданных рабочих спектральных диапазонах. Приводятся координаты точечных источников расходящейся опорной и сходящейся объектной волн, записывающих голограммный оптический элемент. Показано, что при использовании голограммного оптического элемента в первом и втором порядках дифракции для формирования изображения точечного источника света, излучающего в диапазонах 250 - 281 нм и 500 - 563 нм, существует (в этих диапазонах) возможность полного исправления в изображении сферической аберрации третьего порядка на двух длинах волн и сферических аберраций пятого, седьмого порядков на одной длине волны. Причём эти длины волн в видимом диапазоне отличаются от длины волны записи голограммного оптического элемента, равной 0,532 мкм.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены и обсуждаются результаты расчётов радиусов поперечных сферических аберраций пятого, седьмого и девятого порядков многопорядкового осевого голограммного оптического элемента, записанного двумя расходящимися сферическими волнами. В качестве примеров рассматриваются фокусирующие пропускающие и отражательные осевые голограммные оптические элементы с относительными отверстиями, близкими к 1:1 в заданных диапазонах инфракрасной области спектра. Представлены аналитические выражения для вычисления минимума расстояний от голограммного оптического элемента до полихроматического точечного источника и до его изображения. Рассмотрены изменения этих расстояний при увеличении рабочей длины волны в заданном диапазоне. Приведены примеры двух разных пропускающих голограммных оптических элементов с одинаковыми хроматическими аберрациями положения в «окнах прозрачности» атмосферы в диапазонах 2,15 - 2,50 мкм и 4,3 - 5,0 мкм. Указывается, что на основе этих двух голограммных оптических элементов может быть разработан двухдиапазонный голографический объектив с рабочими спектральными диапазонами 2,15 - 2,50 мкм и 4,3 - 5,0 мкм.
Бесплатно
Статья научная
Разработан метод расчёта осесимметричного преломляющего оптического элемента с двумя асферическими поверхностями из условия формирования заданного радиально-симметричного распределения освещённости при точечном источнике излучения. Расчёт сведён к интегрированию системы трёх дифференциальных уравнений первого порядка, разрешённых относительно производных. Проведён сравнительный анализ рабочих характеристик оптических элементов, имеющих две и одну рабочие поверхности. Показано, что оптический элемент с двумя асферическими поверхностями обеспечивает высокую световую эффективность 80-90% при угловых размерах освещаемой области от 0° до 160°.
Бесплатно
