Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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
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
