Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
Рассмотрено совместное воздействие поляризационно-модовой дисперсии, нелинейностей керровского типа и хроматической дисперсии на качество приёма WDM-сигнала в волоконно-оптической линии. Проведено численное моделирование передачи сигнала в многопролётной линии с оптическим усилением сигнала и компенсацией хроматической дисперсии, рассмотрены случаи линейного кодирования с возвратом и без возврата к нулю. Показано, что в ряде случаев может наблюдаться повышение качества сигналов в случае взаимодействия ПМД и нелинейностей по сравнению со случаем присутствия только нелинейностей в связи с компрессией импульсов. Показано, что проявление указанного эффекта определяется характером зависимости линии передачи поляризационно-модовой дисперсии от частоты.
Бесплатно
Собственные волны планарного кирального волновода
Статья научная
Найдены явные выражения для плоских волн в киральных средах. Показано, что в киральной среде между волнами TE- и TM-типа происходит обмен энергией в процессе распространения, а также при отражении от границ киральной среды с диэлектриками. Между волнами правой и левой круговой поляризаций также происходит взаимодействие в киральной среде. Показано, что волны, распространяющиеся в киральной среде без взаимодействия, следует искать, выбрав соответствующие базисные поляризации. С помощью преобразования координат получен базис из двух волн эллиптической поляризации. Эти волны в планарном киральном волноводе являются независимыми. Получены матрицы отражения для базисных волн на границе «киральная среда-диэлектрик». Выполнен расчёт дисперсионных кривых для собственных независимых волн эллиптической поляризации кирального планарного волновода.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены подходы к построению макета системы фокусировки лазерного излучения на удаленные объекты с использованием как элементов адаптивной оптики, так и методов нелинейно-оптического обращения волнового фронта, обеспечивающих компенсацию турбулентных искажений. Предварительно выполнены численные расчеты, в которых в качестве численного метода решения скалярного волнового уравнения в частных производных 2-го порядка для комплексной амплитуды волнового поля лазерного пучка использовался метод расщепления (split-step method). Этот метод в сочетании с методами спектрально-фазовых Фурье-преобразований и статистических испытаний является самым эффективным на сегодняшний день способом получения надёжных количественных результатов при решении инженерных задач волновой оптики атмосферы. Получены количественные данные по влиянию турбулентных искажений на атмосферных трассах на основные параметры когерентных пучков излучения - фокусировку, эффективный средний радиус и относительную долю энергии пучка в его дифракционном пятне. Получены предварительные результаты работы макета, подтверждающие выводы теории.
Бесплатно
Совместное разностное решение уравнений Даламбера и Максвелла. Двумерный случай
Статья научная
Предложена методика отыскания совместного разностного решения волнового уравнения и системы уравнений Максвелла, позволяющая использовать достоинства и избежать недостатков обоих упомянутых численных методов нанофотоники (сократить затраты памяти и применить известные методики задания падающей волны и наложения поглощающих слоёв). В двумерном случае на тестовых примерах продемонстрированы сходимость такого решения, возможность наложения PML-слоёв и задания падающей волны по технологии TF/SF.
Бесплатно
Совместное разностное решение уравнений Даламбера и Максвелла. Одномерный случай
Статья научная
Предложена методика отыскания совместного разностного решения волнового уравнения и системы уравнений Максвелла, позволяющая совместить достоинства и избежать недостатков обоих упомянутых численных методов нанофотоники. В одномерном случае на тестовых примерах продемонстрированы сходимость такого решения, возможность наложения PML-слоёв и задания падающей волны по технологии TF/SF.
Бесплатно
Совместное решение уравнения Клейна–Гордона и системы уравнений Максвелла
Статья научная
Статья посвящена описанию взаимодействия электромагнитного поля с квантово-механической системой, представляющей заряженную бесспиновую частицу, двигающуюся в некотором потенциале, создаваемом другими заряженными частицами. Примером такой системы служит атом, молекула, квантовая точка, находящаяся во внешнем электромагнитном поле. Впервые получена система связанных уравнений, в которую в качестве неизвестных функций входят волновая функция заряженной частицы и компоненты электромагнитных полей. Работа будет полезна для специалистов, занимающихся решением задач взаимодействия электромагнитного поля со структурами пониженной размерности – квантовыми точками, квантовыми ямами. Полученная система уравнений может быть использована для описания взаимодействия структур пониженной размерности, находящихся в нанорезонаторе.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассмотрено распространение монохроматических световых пучков в среде с малыми неоднородностями показателя преломления, в частности в среде с параболическим профилем показателя преломления. Проведено обоснование метода моделирования распространения светового пучка в параболическом волокне, основанного на его распространении в однородной среде через периодическую последовательность тонких линз. С помощью предельного перехода к бесконечному числу линз, находящихся на бесконечно малых расстояниях друг от друга, получен интегральный оператор распространения в параболической среде в параксиальном приближении, проведен анализ его свойств. Проведено исследование действия параксиального интегрального оператора на моды Гаусса - Лагерра.
Бесплатно
Создание ДОЭ для формирования точечных эталонных изображений в оптических системах
Статья научная
Обоснована возможность формирования изображения в виде пяти расположенных крестообразно точек при помощи дифракционного оптического элемента (ДОЭ), содержащего пять работающих во втором порядке дифракции при наклонном падении света фазовых дифракционных решёток с прямоугольным профилем, занимающих суммарно не более 1% площади ДОЭ. Рассмотрены возможности изготовления ДОЭ с использованием установки плазмохимического травления «Caroline 15 PE». Установлено, что при глубине поверхностного микрорельефа до 1,4 мкм и наклонном падении света достигается дифракционная эффективность ДОЭ до 0,3 – 0,35 во втором порядке дифракции.
Бесплатно
Создание и фокусировка векторного пучка второго порядка с помощью субволнового оптического элемента
Статья научная
В данной статье предложен вид субволновых аксиконов для создания и фокусировки векторных цилиндрических пучков второго порядка. При этом показано, что с помощью предложенных субволновых аксиконов можно создавать фокусные пятна с обратным потоком энергии. С помощью программы Comsol Multiphysics проведено моделирование работы субволновых аксиконов с различным углом закрутки. Показано различие получаемых распределений плотности потока мощности при различных углах закрутки спирали аксикона.
Бесплатно
Сопоставительный анализ линзы Френеля и киноформной линзы
Статья научная
На основе единого подхода в лучевом приближении рассмотрены и сопоставлены фокусирующие свойства линз Френеля и киноформных линз. Особое внимание обращено на энергетическую эффективность, хроматизм и разрешающую способность этих элементов. Показано, что линза Френеля с равноглубокими кольцевыми поясами представляет собой гармоническую киноформную линзу, работающую в высоких дифракционных порядках. Проанализирован механизм формирования картины дифракции в фокальной плоскости линзы Френеля с равноширокими кольцевыми поясами, и показано, что она отличается от соответствующей картины обычной рефракционной линзы падением энергии в главном максимуме и переносом значительной части энергии в побочные максимумы. Статья адресована студентам и аспирантам, а также специалистам в тех областях науки и техники, в которых оптические методы и приборы играют всё более возрастающую роль.
Бесплатно
Сортировка пучков Лагерра-Гаусса по радиальному числу посредством моментов интенсивности
Статья научная
Предложен и воплощён на эксперименте новый метод цифровой сортировки мод Лагерра-Гаусса, возникших в результате возмущения исходного пучка Лагерра-Гаусса или их суммы тонкой круглой диафрагмой с различными радиусами отверстия, по радиальному числу при постоянном топологическом заряде. В основу метода был положен цифровой анализ моментов интенсивности высших порядков. Рассмотрены два типа возмущённых пучков: невырожденные и вырожденные по радиальному числу пучки Лагерра-Гаусса. Полученный цифровой спектр амплитуд позволяет восстановить реальные моды Лагерра-Гаусса и определить меру неопределённости, внесённую возмущением, посредством информационной энтропии. Мы обнаружили, что возмущение сложного пучка приводит к возникновению вырожденного спектра амплитуд, когда одной спектральной линии соответствует множество мод, рождённых исходными пучками Лагерра-Гаусса с различными радиальными числами. Для расшифровки спектра потребовались ключи, в качестве которых использовались спектры амплитуд невырожденных возмущённых пучков. Степень корреляции рассортированных пучков составляет не ниже 0,92.
Бесплатно
Составной световой пучок и микровзрывы для оптической микроманипуляции
Статья научная
Описан метод перемещения относительно крупных микрообъектов путём использования энергии микровзрывов полистироловых микрочастиц в ультрафиолетовом световом пучке с длиной волны 355 нм. Предварительное позиционирование полистироловой микрочастицы осуществлялось лазерным пучком с длиной волны 532 нм, который распространялся в том же направлении, что и ультрафиолетовый пучок. Представлен эксперимент по управляемому перемещению биологического микрообъекта диаметром 30 мкм.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются методы двухэкспозиционной спекл-фотографии с цифровой записью спекл-структуры дифракционного поля в дальней области дифракции и метод голографической интерферометрии с записью цифровой фурье-голограммы для измерения микросмещений отражающих рассеивающих объектов. Выполнено компьютерное моделирование процессов записи спеклограмм, формирования дифракционных гало с модулирующими интерференционными полосами, отражающими смещение объекта. Показано, что численная нормировка распределения интенсивности в дифракционном гало позволяет увеличить точность измерений. Сравнительный анализ метрологических возможностей рассматриваемых методов показывает более низкий порог чувствительности метода спекл-фотографии по сравнению с методом голографической интерферометрии. Установлено, что нелинейная обработка цифровых спеклограмм, расширяющая дифракционное гало, позволяет существенно снизить порог чувствительности методов. Выполнены натурные эксперименты с использованием цифровых методов спекл-фотографии и голографической интерферометрии с записью дифракционного поля в фурье-плоскости.
Бесплатно
Статья научная
Проанализирована спектральная и угловая зависимость дифракционной эффективности двухслойных однорельефных пилообразных микроструктур, компонуемых из оптических пластмасс и недавно разработанных специальных марок стекла, позволяющих легко тиражировать элементы с дифракционным микрорельефом прецизионным литьем или штамповкой. Продемонстрированы широкие возможности ослабления зависимости дифракционной эффективности таких микроструктур от длины волны и угла падения излучения на элемент.
Бесплатно
Статья научная
Исследовано спектрально-селективное усиление ближнего поля в диэлектрических структурах, происходящее при возбуждении в структуре блоховских поверхностных волн. Результаты работы могут найти применение при создании ближнепольных спектральных фильтров.
Бесплатно
Спектральные линзы для выделения кровеносных сосудов на коже
Статья научная
Представлен лабораторный макет для визуализации кровеносных сосудов на коже человека. Для выделения кровеносных сосудов на коже используется дифракционный оптический элемент нового типа - спектральная линза. Показано, что визуализация кровеносных сосудов наиболее эффективна в виде получения индексного изображения по длинам волн 735 нм и 835 нм по формуле, аналогичной формуле расчета индекса NDVI. В работе также используется прикладное программное обеспечение, которое предназначено для решения задач спектрального анализа.
Бесплатно
Спектральные особенности спонтанного четырёхволнового смешения в нановолокнах с переменным сечением
Статья научная
Исследованы особенности генерации двухфотонных состояний в процессе спонтанного четырёхволнового смешения в нановолокне с переменным сечением. Произведён расчёт функций фазового синхронизма, и рассмотрены интерференционные эффекты, возникающие при генерации бифотонов в суженном оптоволокне. Исследовано влияние окружения нановолокна на спектр бифотонного поля.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены спектральные свойства поверхностных TM-волн (поляритонов) в направляющей структуре на основе узкозонного полупроводника (n-InSb) и слоистой нанокомпозитной среды (метаматериала) в среднем ИК-диапазоне (5÷20 мкм). Метаматериал обладает слабой гиротропией и содержит намагниченные до насыщения слои висмут-содержащего феррит-граната (BLIG, Lu3-xBixFe5-yGayO12) и галлий-гадолиниевого граната (GGG, Gd3Ga5O12). Решения дисперсионных уравнений исследованы для случаев линейного и нелинейного откликов полупроводника. Для аналитического описания нелинейного отклика структуры использованы «одноосное» (продольное) и «двуосное» описания, получены дисперсионные спектры для константы распространения, полевые и энергетические характеристики поляритонов и проведен их сравнительный анализ. Найдены области появления солитоноподобных волновых полей поверхностных поляритонов в каждом из использованных методов описания системы. Показано, что «одноосная» модель может стать непригодной для построения полей и потоков электромагнитной энергии в структурах на основе сред с кубической нелинейностью.
Бесплатно
Спектроскопия каскадной многорезонаторной квантовой памяти
Статья научная
Изучаются спектральные свойства каскадной многорезонаторной микроволновой квантовой памяти, интегрированной в волноводно-резонаторную систему. На основе моделирования экспериментальных данных восстанавливаются базовые спектроскопические параметры изучаемой схемы квантовой памяти, приводятся оценки её квантовой эффективности и показывается возможность достижения оптимальных условий реализации.
Бесплатно
Спин-орбитальное взаимодействие в квазимонохроматических сингулярных пучках
Статья научная
Показано, что величина спин-орбитальной связи есть энергетическая эффективность передачи энергии между ортогонально поляризованными компонентами пучка. Энергетическая эффективность изменяется по мере распространения Гауссова пучка через анизотропный кристалл. Для фундаментального Гауссова пучка значение энергетической эффективности не может превышать 50 %, а для элегантных пучков Эрмита-Гаусса и Лагерра-Гаусса более высоких порядков энергетическая эффективность может достигать значения, близкого к 100 %. В то же время для обычных модовых пучков Эрмита-Гаусса и Лагерра-Гаусса высоких порядков энергетическая эффективность может лишь немного превышать 50 %. Показано, что пучки Бесселя-Гаусса нулевого порядка способны достигать энергетической эффективности, близкой к 100 %, при генерации осевого оптического вихря в ортогонально поляризованной компоненте пучка, при прохождении анизотропной среды как в монохроматическом, так и в полихроматическом свете. Показано, что для элегантных полихроматических пучков Лагерра-Гаусса или Эрмита-Гаусса энергетическая эффективность снижена до значения, не превышающего 50 %. Спиновый момент компенсируется изменением орбитального момента всего пучка, происходящим в результате разницы топологического заряда в ортогонально поляризованных компонентах на 2 единицы.
Бесплатно
