Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Сверхбыстрый высокочувствительный гибкий детектор инфракрасного излучения
Статья научная
Проведен сравнительный анализ гибких фотодетекторов на основе листов TiS2 и функционализированных нитратом серебра листов TiS2. Листы TiS2 синтезированы методом химического транспорта, обработаны ультразвуком в течение 1 ч и осаждены между хромовыми встречно-штыревыми электродами на поверхности гибкой подложки из полиэтилентерефталата. Характеристики изготовленных фотодетекторов определены путём их равномерного освещения 1064 нм лазерным излучением с перестраиваемой мощностью. Явно прослеживается значительное влияние частиц нитрата серебра, рассеянных в объеме чувствительного материала фотодетектора, на его эффективность. Продемонстрировано превосходство фотодетектора на основе функционализированных листов TiS2. Данный фотодетектор демонстрирует значительный отклик для всех использованных мощностей излучения (11,6, 19,6, 51, 100 и 150 мВт/см2), показывает малое время отклика (0,23 ± 0,01 с) и восстановления (0,49 ± 0,02 с) вкупе с высокой чувствительностью ((260 ± 7)∙103 А/Вт), квантовой эффективностью ((303 ± 8)∙103 А/Вт∙нм) и обнаружительной способностью ((3,10 ± 0,09)∙1013 Джонс) при мощности падающего излучения 11,6 мВт/см2. Полученные результаты могут быть использованы для разработки и оптимизации современных оптоэлектронных устройств.
Бесплатно
Сверхширокоугольный микрообъектив для капсульного медицинского эндоскопа
Статья научная
Обобщены требования к оптическому тракту капсульной медицинской эндоскопической системы с фронтальным расположением объекта исследования. Показано, что компоновка оптической схемы микрообъектива на основе современных технологичных пластиков позволяет не только удовлетворить обобщённые требования, но и открывает возможность получения у простых по конструкции объективов существенно более высокого качества изображения, чем у известных аналогов. Это подтверждено представленными результатами расчета микрообъектива с относительным отверстием 1:2,4 и угловым полем зрения 170°, формирующего изображение диаметром 2,7 мм с разрешением не менее 188 мм -1 при контрасте 0,5.
Бесплатно
Свойства внеосевых каустик автофокусирующихся чирп-пучков
Статья научная
В данной статье теоретически и численно исследуются автофокусирующие свойства чирп-пучков с произвольной степенной зависимостью от радиуса. Рассмотрены двух- и трёхпараметрические чирп-пучки, вариации параметров которых позволяют эффективно управлять автофокусирующими свойствами. Полученные результаты обладают потенциалом для различных приложений в оптике и фотонике.
Бесплатно
Связь фазовой проблемы в оптике, фокусировки излучения и задачи Монжа-Канторовича
Статья научная
Статья посвящена использованию вариационных принципов для решения фазовой проблемы в оптике. В работе рассмотрена связь четырёх фундаментальных задач: фазовой проблемы в оптике, обратной задачи фокусировки когерентного излучения, задачи оптимального перемещения масс Монжа - Канторовича и вариационных методов решения модифицированного уравнения Монжа - Ампера. Показано, что решение фазовой проблемы в оптике в рамках асимптотического подхода тесно связано с решением задачи оптимального перемещения масс с неквадратичной функцией стоимости.
Бесплатно
Сегментация изображений кластерным методом и алгоритмом случайных скачков: сравнительный анализ
Статья научная
Представлены результаты сравнительного исследования эффективности алгоритмов сегментации на основе модели системы со случайной скачкообразной структурой и алгоритма кластерного анализа путем имитационного моделирования изображений с коррелированными и независимыми элементами. Установлено, что при сегментации изображений алгоритмами на основе модели системы со случайной скачкообразной структурой внутренние области изображений одного класса обрабатываются со значительно меньшим количеством ошибок по сравнению с алгоритмом последовательной кластеризации. Приведен пример обработки реального изображения.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и экспериментально исследовано преобразование структуры поля вихревых пучков, подверженных секторному возмущению. В основу был положен анализ спектра вихрей, c помощью которого исследовался орбитальный угловой момент и энтропия Шеннона (информационная энтропия). Компьютерное моделирование для малых, средних и больших углов секторного возмущения показало, что число вихрей, возникающих при секторном возмущении, не изменяет исходный топологический заряд. Это позволило предположить, что исходный топологический заряд будет сохраняться при любых углах секторного возмущения. Рост числа вихрей при возмущении связан с оптическим принципом неопределённости между углом секторного возмущения и орбитальным угловым моментом. Причём в спектре вихрей формируется два максимума, в положительной и отрицательной области топологических зарядов мод. В результате орбитальный угловой момент практически не меняется в широком интервале секторных углов от 0 до 90°. Однако при больших углах возмущения, когда энергия почти одинаково распределяется между модами с противоположными знаками топологического заряда, орбитальный угловой момент быстро уменьшается. В то же время энтропия Шеннона монотонно возрастает с увеличением угла секторного возмущения. Это связано с тем, что энтропия зависит только от числа вихревых состояний, вызванных внешним возмущением.
Бесплатно
Статья научная
Выполнены экспериментальные исследования формирования пучка СО 2-лазерного излучения отражающим дифракционным оптическим элементом. Для увеличения апертуры исходного пучка применялся коллиматор, содержащий систему двух плоско-выпуклых сферических линз из ZnSe. Для фокального отрезка, формируемого дифракционным оптическим элементом, при использовании коллиматора, кроме увеличения в 1,3 раза длины, имело место уменьшение максимальной плотности мощности излучения в световом пятне. Определена возможность формирования лазерным воздействием в двухфазной стали, наряду с исходной структурой, структур полной закалки, неполной закалки и отжига. Формирование таких структур обусловлено характером распределения температурных полей и различием в скорости охлаждения по объёму зоны термического влияния.
Бесплатно
Сжатие света в двухатомной модели Джейнса-Каммингса с невырожденными двухфотонными переходами
Статья научная
Исследованы особенности сжатия света в системе двух двухуровневых атомов с вырожденными двухфотонными переходами, взаимодействующих с модой когерентного электромагнитного поля в идеальном резонаторе. В результате численного моделирования параметров сжатия показано, что в случае двухфотонных переходов максимальная степень сжатия поля значительно превосходит соответствующую величину для однофотонного случая.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено влияние ширины углового спектра (числовой апертуры) зондирующего слоистый объект частотно широкополосного волнового поля на сигнал автокорреляционного низкокогерентного интерферометра при пространственно когерентном и некогерентном освещении входного зрачка объектива, формирующего это поле. Установлено, что в случае некогерентного освещения увеличение ширины углового спектра поля приводит к уменьшению амплитуды, изменению формы и положения измерительных сигналов интерферометра из-за декорреляции интерферирующих парциальных составляющих объектного поля, отразившихся от различных границ раздела внутри объекта. В случае когерентного освещения формирование сигнала автокорреляционного низкокогерентного интерферометра происходит в конфокальном режиме, что приводит к выделению по амплитуде измерительных сигналов, определяемых кросс-корреляциями парциальной составляющей, отразившейся от границы раздела, на которую сфокусировался зондирующий пучок, с парциальными составляющими, отразившимися от других границ раздела внутри объекта. Этот эффект позволяет определить параметры внутренней слоистой структуры объекта без привлечения априорной информации об этой структуре. При этом увеличение числовой апертуры зондирующего объект пучка приводит к увеличению систематической ошибки определения оптических толщин слоев, которая может быть оценена на основе полученных выражений.
Бесплатно
Симметрия интенсивности и потока мощности субволнового фокусного пятна
Статья научная
С помощью разложения светового поля с линейной поляризацией по плоским волнам показано, что эллиптическая форма поперечного сечения интенсивности определяется продольной составляющей электрического вектора, и так как проекция вектора Умова-Пойнтинга на оптическую ось (поток мощности) не зависит от этой продольной составляющей электрического вектора, то сечение потока мощности имеет форму круга. Экспериментально с помощью микроскопа ближнего поля с металлическим кантилевером и малым отверстием показано, что при фокусировке линейно поляризованного гауссова пучка бинарной стеклянной зонной пластинкой с фокусным расстоянием, равным длине волны, формируется фокусное пятно в виде слабого эллипса с размерами по декартовым осям FWHMx = (0,44 ± 0,02)'lambda' и FWHMy = (0,52 ± 0,02)'lambda' и глубиной фокуса DOF = (0,75 ± 0,02)'lambda', 'lambda' - длина волны. Сравнение экспериментальных данных с результатами моделирования позволило заключить, что микроскоп ближнего поля измеряет поперечную интенсивность (плотность мощности), а не поток мощности и не полную интенсивность. То, что металлический кантилевер с малым отверстием измеряет поперечную интенсивность, следует из теории Бете-Баукампа.
Бесплатно
Синтез голограмм на приёмном конце канала связи с объектом голографирования
Статья научная
Предложен метод синтеза голограмм, восстанавливающих 3D-изображение с использованием двух 2D-изображений, в т. ч. топографической карты поверхности 3D-объекта и фотографии текстуры его поверхности, полученных с использованием когерентного и некогерентного излучения. Метод пригоден для передачи информации о 3D-объекте по каналу связи и последующего синтеза голограмм на удалении от объекта голографирования. Он может быть применён в устройствах дополненной реальности, при создании голографических фотоаппаратов и 3D-видеокамер, в 3D-проекторах и микроскопах, устройствах с синтезированной апертурой. Указанный метод удалённого синтеза голограмм пригоден для воспроизведения на расстоянии от объекта его голографических 3D-изображений в различных участках диапазона электромагнитного излучения. Приведены примеры восстановления 3D-изображения в ИК-части спектра. Метод пригоден также для синтеза голограмм в УФ-, ТГц- и даже радиодиапазоне.
Бесплатно
Синтез и исследование дифракционных делителей пучка с непрерывным профилем
Статья научная
Изготовлены и исследованы дифракционные делители пучка 1:3 и 1:5 с непрерывным профилем микрорельефа для длины волны лазерного излучения 1064 нм. Приведены результаты измерений профиля созданных элементов и распределения интенсивности, формируемые элементами.
Бесплатно
Статья научная
Разработан метод синтеза нанопористых структур металлических материалов циклическим упруго-пластическим деформированием при лазерном воздействии. В результате проведённых исследований структуры сплава методом растровой электронной микроскопии установлено следующее. При различных режимах в зависимости от интенсивности импульсно-периодической лазерной обработки с термоциклированием медно-цинкового сплава Л62 в приповерхностном слое материала формируются микрополости различных форм: от глобулярной размером до 10 мкм с выступами и впадинами до вытянутой каплевидной и клинообразной шириной до 10 мкм и длиной более 50 мкм. В исследуемом диапазоне режимов воздействия в латуни Л62 образуются субмикропоры с характерным размером, не превышающим 1 мкм, а на более интенсивных режимах - шириной менее 1 мкм и длиной более 20 мкм. При исследовании тонкой структуры медно-цинкового сплава Л62 после импульсно-периодической лазерной обработки с термоциклированием установлено, что микрополости вытянутой каплевидной и клинообразной форм и субмикрополости сужаются у своих краёв с образованием протяжённых наноразмерных каналов шириной не более 100 нм и длиной более 10 мкм.
Бесплатно
Синтез супрамолекулярных наноматериалов для регистрации голограмм и оптической обработки информации
Статья научная
Рассматривается технология синтеза наноструктурированных слоев самопроявляющегося дихромированного желатина, механизмы записи оптической информации в нем и способы управления голографическими характеристиками. В качестве управляющих воздействий рассмотрены изменение состава слоя путем введения изопропилового спирта и применение прерывистого экспонирования. Выявлено, что результат управляющих воздействий зависит от соотношения процессов записи и деградации изображения.
Бесплатно
Синтезированные на приёмном конце канала связи голограммы 3D-объекта в технологии Dot Matrix
Статья научная
В работе приведены экспериментальные результаты по записи и восстановлению 3D-голографических кадров, пригодных для передачи 3D-голографических изображений с необходимой для TV-изображений частотой кадров и разрешением стандарта Full HD и выше. Метод основан на предложенной ранее технологии регистрации и передачи по каналу связи карты глубин и текстуры поверхности регистрируемого объекта и цифровому синтезу голограммы на приёмном конце канала связи. Полученный результат уменьшает требуемую для передачи голографической 3D-информации полосу частот аналогично технологии SSB, поскольку несущая пространственная частота голограммы в указанном методе не передаётся по каналу связи, а синтезируется в голограмме уже на его приёмном конце. Приведены экспериментальные результаты синтеза голограммы на приёмном конце канала связи в технологии Dot Matrix. Рассматриваемый в работе метод удобен для мультиплексирования 3D-изображений, их переноса из одного участка электромагнитного спектра в другой, а также при создании гиперспектральных изображений. В работе реализована технология голографического фототелеграфа, которая при использовании быстродействующих динамических голографических мониторов может решать задачи создания 3D TV и дополненной реальности.
Бесплатно
Синусоидальный гауссов оптический вихрь как суперпозиция двух гипергеометрических пучков
Статья научная
Рассмотрены гипергеометрические пучки с параболическим волновым фронтом в начальной плоскости, распространяющиеся в однородной среде. Хотя гипергеометрические пучки имеют особенность в центре начальной плоскости и бесконечную энергию, суперпозиция двух таких пучков уже не имеет особенности и имеет конечную энергию. Детально рассмотрен частный случай такой суперпозиции - синусоидальный Гауссов пучок с единичным топологическим зарядом. Этот пучок относится к типу элегантных лазерных пучков, так как и в начальной плоскости, и в зоне дифракции Френеля описывается одной и той же функцией с комплексным аргументом. Диаметр первого светового кольца у синусоидального Гауссова пучка почти не зависит от радиуса перетяжки Гауссова пучка.
Бесплатно
Статья научная
На основе нелинейно-оптических сегнетоэлектрических монокристаллов создан и исследован дифракционный оптический элемент, предназначенный для скоростной модуляции поперечно-модового состава пучка, формируемого из освещающего Гауссова пучка лазера.
Бесплатно
Сложные вихревые пучки для вращения микромеханических элементов
Статья научная
Рассматриваются дифракционные оптические элементы, формирующие сложные вихревые пучки для вращения микромеханических элементов. Представлен эксперимент по формированию таких пучков и эксперимент по вращению агломераций полистироловых микрочастиц в сложных вихревых пучках.
Бесплатно
Смещённые эллиптические гауссовы пучки с внутренним орбитальным угловым моментом
Статья научная
Рассмотрены параксиальные световые пучки, составленные из Гауссовых пучков, смещённых с оптической оси, фаза которых подобрана специальным образом, чтобы суперпозиция была инвариантной к распространению в пространстве, то есть без изменения формы поперечного сечения. Путём решения системы пяти нелинейных уравнений составлена суперпозиция в виде инвариантного внеосевого эллиптического Гауссова пучка. Получено выражение для орбитального углового момента такого пучка. Показано, что он складывается из двух составляющих. Первая из них равна моменту относительно центра пучка и возрастает с его эллиптичностью. Вторая квадратично зависит от расстояния от центра масс до оптической оси (аналог теоремы Штейнера). Показано, что ориентация эллипса в поперечной плоскости не влияет на нормированный орбитальный угловой момент.
Бесплатно
