Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Расчёт отражающей поверхности, фокусирующей излучение в произвольную кривую в пространстве
Статья научная
Предложен численно-аналитический подход к расчёту отражающей поверхности, формирующей заданное распределение освещённости на произвольной кривой в пространстве. Решение задачи включает в себя два этапа: расчёт функции эйконала на кривой и последующее восстановление отражающей поверхности по полученной функции эйконала. Рассчитана отражающая поверхность, формирующая спираль, и модуль системы подсветки дисплеев, включающий отражающую поверхность, фокусирующую в отрезок. Результаты моделирования продемонстрировали хорошую работоспособность метода. Световая эффективность системы подсветки составляет 86,5 %, а равномерность - 93 %.
Бесплатно
Расчёт пластмассово-линзовых микрообъективов суперахроматов
Статья научная
Известная методика суперахроматизации, предполагающая использование корректора, включающего дифракционную и две рефракционные линзы, развита и адаптирована применительно к пластмассово-линзовым оптическим системам. Эффективность методики продемонстрирована на примере расчёта микрообъектива камеры видеонаблюдения, работающей в режиме «день-ночь».
Бесплатно
Расчёт преломляющей поверхности для формирования диаграммы направленности в виде отрезка
Статья научная
Рассмотрен расчёт преломляющей поверхности для формирования диаграммы направленности (ДН) в виде отрезка с заданным распределением интенсивности. Расчёт сведён к решению обыкновенного дифференциального уравнения, разрешённого относительно производной. Рассчитаны преломляющие поверхности, формирующие отрезок с постоянным распределением освещённости и диаграмму направленности в виде отрезка с постоянным распределением интенсивности.
Бесплатно
Расчёт преломляющей поверхности для формирования изображения в виде линии
Статья научная
Рассмотрен расчёт преломляющей поверхности для формирования изображения в виде линии. Предложено представление поверхности в виде огибающей семейства картезианских овалов. Для задачи формирования диаграммы направленности в виде прямоугольника предложено приближённое решение в виде преломляющей поверхности, формирующей мнимое изображение в виде отрезка.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена конструкция оптического элемента, содержащая две преломляющих оптических поверхности: первая поверхность преобразует сферический пучок от источника в цилиндрический, вторая формирует заданное распределение освещённости от падающего цилиндрического пучка. Предложен метод расчёта таких элементов для формирования заданных распределений освещённости. Рассчитаны два оптических элемента, формирующих равномерное распределение освещённости от ламбертовского источника в прямоугольных областях с размерами 17м x 4м и 17м x 2м. Световая эффективность рассчитанных оптических элементов составляет более 83 %, а неравномерность формируемого распределения освещённости - менее 9 %.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлен новый оптимизационный метод для расчёта преломляющих оптических элементов светодиодов с двумя поверхностями свободной формы. Процедура расчёта включает в себя два этапа: построение начального приближения и последующую оптимизацию параметров внешней поверхности оптического элемента из условия формирования заданного распределения освещённости. В качестве примера рассчитан оптический элемент, формирующий равномерно освещённую прямоугольную область с угловым размером 60°×40° при протяжённом ламбертовском источнике излучения 1×1 мм. Световая эффективность оптического элемента составила около 88,5 %, а среднеквадратичное отклонение сформированного распределения освещённости от заданного - менее 8,5 %.
Бесплатно
Расчёт преломляющих поверхностей для формирования диаграммы направленности в виде линии
Статья научная
Рассмотрен расчёт преломляющей поверхности для формирования диаграммы направленности, представленной векторной функцией одного аргумента. Получено общее представление преломляющей поверхности в виде огибающей семейства эллипсоидов или гиперболоидов вращения (в зависимости от соотношения показателей преломления сред, разделённых преломляющей поверхностью). Каждый эллипсоид или гиперболоид в семействе преобразует сферический пучок от точечного источника в пучок с плоским волновым фронтом заданного направления. При этом падающие на поверхность и преломлённые лучи лежат на поверхности кругового конуса. Рассчитаны преломляющие поверхности для формирования диаграммы направленности в виде отрезка.
Бесплатно
Статья научная
При освещении плоской волной диэлектрического цилиндра с круглым сечением определённого резонансного радиуса внутри цилиндра формируется мода шепчущей галереи (ШГ). Этот резонансный радиус диэлектрического цилиндра можно численно найти из условия максимума модуля соответствующего коэффициента разложения в ряд по функциям Бесселя амплитуды напряжённости электрического поля световой волны с ТЕ-поляризацией. Получены уравнения из цилиндрических функций, позволяющие приближённо рассчитывать резонансный радиус цилиндра. Например, для радиуса цилиндра, в котором формируется мода ШГ с номером 26, эти уравнения дают правильно первые 8 значащих цифр радиуса. Для цилиндра с показателем преломления 1,59 и резонансным радиусом 3,469239 от длины волны в цилиндре возбуждается мода ШГ с номером 30, которая формирует фокусное пятно шириной 0,15 от длины волны с максимальной интенсивностью снаружи цилиндра в 1500 раз большей, чем интенсивность падающего света.
Бесплатно
Расчёт собственных волн планарного анизотропного волновода для различных положений оптической оси
Статья научная
Для однородного планарного анизотропного волновода выполнено решение уравнений Максвелла. Получены фундаментальные матрицы решения для TE- и TM-волн в анизотропном плоском однородном слое. Показано, что фазовый сдвиг TM-волны при отражении от границы «анизотропный слой – изотропная среда» зависит от угла наклона оптической оси. Выполнено численное решение дисперсионного уравнения TM-волны в анизотропном планарном волноводе при различных ориентациях оптической оси в плоскости распространения волны; найдена асимптотика дисперсионных кривых.
Бесплатно
Расчёт собственных функций изображающей двухлинзовой системы в условиях осевой симметрии
Статья научная
Рассмотрены собственные функции оптического оператора, описывающего ограниченную изображающую систему из двух линз с учётом радиальной симметрии. Полученные функции являются аналогом обобщённых сфероидальных функций, собственных к преобразованию Ханкеля нулевого порядка. С помощью операторного представления оптической системы произведён вывод соотношения для расчёта собственных функций. Проведён анализ влияния ширины спектра на число значащих собственных значений. Выполнено разложение кругового, кольцевого и Гауссова пучков по найденным функциям, а также рассчитано отклонение исходных сигналов от полученного разложения.
Бесплатно
Статья научная
В работе обсуждаются результаты расчетов изменения границ спектрального диапазона в заданных дифракционных порядках тонкого фокусирующего голограммного оптического элемента с исправленной сферической аберрацией третьего порядка при варьировании следующих его характеристик: коэффициента усадки, порядка дифракции, длины волны записи, коэффициента увеличения на длине волны записи.
Бесплатно
Расчёт стигматической линзы с минимальными френелевскими потерями
Статья научная
Рассмотрен метод расчёта линз с двумя асферическими поверхностями, имеющих минимальные френелевские потери в классе стигматических линз. Минимизация френелевских потерь достигается за счёт одинаковых углов девиации лучей на поверхностях линзы. Расчёт линз с минимальными френелевскими потерями сведен к решению обыкновенного дифференциального уравнения, разрешённого относительно производной. Для профилей линз также получены простые аналитические аппроксимации.
Бесплатно
Статья научная
Проведен расчёт и моделирование интерференционного поляризатора для формирования радиально-поляризованного излучения. Метод основан на преобразовании конических волновых фронтов при прохождении через интерференционный поляризатор. Многослойное оптическое покрытие может наноситься и на поверхность аксикона. Показано, что таким путём удаётся как существенно уменьшить рабочий угол падения, так и добиться практически значимых степеней поляризации сформированного пучка при существенно меньших потерях энергии.
Бесплатно
Статья научная
Разработан и программно реализован алгоритм решения стационарного уравнения Шрёдингера для сложного кусочно-постоянного потенциала при наличии электрического поля. Алгоритм основан на последовательной сшивке решений в виде функций Эйри на границах зон без повышения ранга матрицы более двух, что позволяет получить характеристическое уравнение в удобной для поиска корней форме. Разработанный алгоритм позволяет получать корректные решения при значениях приложенного электрического поля, превышающих величину основного энергетического уровня, т.е. в условиях, когда не применим метод возмущений.
Бесплатно
Статья научная
Рассчитан, изготовлен и исследован методами численного и натурного экспериментов субволновый аксикон для преобразования линейно-поляризованного излучения терагерцового диапазона в цилиндрически поляризованный пучок. В ходе экспериментов, поставленных на рабочей станции Новосибирского лазера на свободных электронах, показана эффективность созданного кремниевого элемента для выполнения поляризационного преобразования.
Бесплатно
Расщепление резонансных линий изогнутого волоконно-оптического резонатора Фабри–Перо
Статья
В работе численно и экспериментально исследовано расщепление резонансных линий резонатора Фабри–Перо, образованного участком стандартного изогнутого одномодового волоконного световода с металлизированными торцами. Показано, что данное расщепление аналогично по своей природе расщеплению Аутлера–Таунса и возникает в результате сильной связи между фундаментальной модой сердцевины и оболочечными модами шепчущей галереи изогнутого световода. Продемонстрировано влияние основных параметров изогнутого резонатора на расщепление его резонансных линий в спектрах отражения и пропускания. Обозначены перспективы практического применения исследованных эффектов в области прецизионной оптической рефрактометрии, а также направления дальнейших исследований.
Бесплатно
Реализация разностного решения уравнений Максвелла на графических процессорах методом пирамид
Статья научная
Работа посвящена развитию метода пирамид в приложении к решению системы уравнений Максвелла во временной области посредством конечных разностей (FDTD) и его реализации на графическом процессоре. Применение этого метода позволяет снизить влияние ограниченного объема памяти графического вычислительного устройства на длительность расчётов, существенное для FDTD.
Бесплатно
Резонансная аппроксимация спектров брэгговской структуры с дефектным слоем
Статья научная
Получена резонансная аппроксимация коэффициентов отражения и пропускания брэгговской решётки с дефектом как функция частоты и тангенциальных компонент волнового вектора падающего излучения. Представленные результаты строгого моделирования полностью подтверждают предложенное теоретическое описание.
Бесплатно
Резонансная острая фокусировка света диэлектрическим цилиндром с квадратным сечением и кубом
Статья научная
В работе численно продемонстрирована возможность резонансного возбуждения мод, аналогичных модам шепчущей галереи, в однородном диэлектрическом цилиндре с квадратным сечением при освещении плоской волной, падающей перпендикулярно оси цилиндра. Показано, что при резонансной фокусировке монохроматического света цилиндром с квадратным сечением наблюдается уменьшение поперечных размеров области максимальной интенсивности по сравнению с нерезонансной фокусировкой. Аналогичный результат был получен для куба на подложке из диэлектрика: показано, что можно добиться уменьшения размеров области максимальной интенсивности путём изменения размера куба.
Бесплатно
Статья научная
Отмечается, что наилучшие технические характеристики микроволновых оптоэлектронных автогенераторов достигаются в схемах с использованием высокодобротных оптических микрорезонаторов, работающих в режиме резонанса бегущей волны. Рассмотрена возможность использования для этой цели планарных дисковых оптических микрорезонаторов, возбуждаемых фундаментальными модами шепчущей галереи. Исследованы элементы связи для таких резонаторов, построенные на основе планарных оптических волноводов, расположенных над поверхностью дискового резонатора в области, ограниченной внешней и внутренней каустиками моды шепчущей галереи. Предложены модели данного устройства. Приведены соответствующие расчётные данные.
Бесплатно
