Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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 спектральной линзы для получения нормализованного вегетационного индекса
Статья научная
Предложена концепция новой дисперсионной оптической системы, осуществляющей формирование изображения в узких спектральных каналах. Данная оптическая система основана на обыкновенной собирающей линзе в сочетании с кодированной апертурой и дифракционной решёткой. Разработан градиентный метод расчёта и проведён расчёт фазовой функции на входной апертуре линзы для разделения длин волн 650 нм и 750 нм. Расчётным методом показана способность оптической системы передавать пространственные частоты на контрастном изображении предмета. По сравнению с известными компактными спектральными системами, предложенная спектральная линза характеризуется упрощённой конструкцией и низкой стоимостью изготовления, что позволяет её применять для решения различных задач точного сельского хозяйства.
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
Резонансная фокусировка лазерного света однородным диэлектрическим микроцилиндром
Статья научная
В работе численно показано, что из аналитического решения задачи дифракции монохроматического непараксиального Гауссова пучка с ТЕ-поляризацией на однородном диэлектрическом (полиэстер) цилиндре при радиусах цилиндра, сравнимых с длиной волны света, можно получить фокусное пятно вне цилиндра, размер которого в 2 раза меньше дифракционного предела. Хотя радиус диэлектрического цилиндра больше длины волны всего в два раза, интенсивность в фокусе в 48 раз больше максимальной интенсивности падающего Гауссова пучка. Если всего на 2 % изменить радиус цилиндра от резонансного (для данной длины волны), то фокус увеличится в 1,5 раза, а интенсивность в фокусе будет всего в 12 раз больше интенсивности падающего света. Полученное решение соответствует росту коэффициента при функции Бесселя 18-го порядка в разложении решения для амплитуды напряжённости электрического поля в ряд по функциям Бесселя.
Бесплатно
Резонансные дифракционные решётки для дифференцирования оптических импульсов в отражении
Статья научная
Рассмотрено дифференцирование оптических импульсов при отражении с помощью резонансных дифракционных решёток. Показано, что для дифференцирования при отражении следует использовать субволновые диэлектрические решётки с плоскостью симметрии, параллельной плоскости решётки. Предложен критерий оптимизации для расчёта параметров дифференцирующей решётки. Приведены результаты расчёта решёток для дифференцирования пикосекундных импульсов при отражении, обеспечивающих различные соотношения между точностью дифференцирования и энергией отражённого импульса
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено прохождение оптического импульса через дифракционную решётку, имеющую резонанс в окрестности центральной длины волны импульса. Показано, что при определённых условиях огибающие как отражённого, так и прошедшего импульсов могут представлять собой производную огибающей падающего импульса. На основе резонансного представления для спектров отражения и пропускания проведено сравнение энергетической эффективности и точности дифференцирования при отражении и в пропускании. В рамках электромагнитной теории рассчитаны резонансные дифракционные решётки, позволяющие дифференцировать оптические импульсы пикосекундной длительности в отражении и пропускании.
Бесплатно
Резонансные магнитооптические эффекты в дифракционных решетках с намагниченным слоем
Статья научная
Рассмотрены магнитооптические эффекты, возникающие при прохождении электромагнитной волны через двух- и трехслойные структуры, состоящие из двумерной золотой дифракционной решетки и намагниченного диэлектрического слоя. На основе строгого решения задачи дифракции света на структурах показано, что они обладают резонансами угла Фарадея и коэффициента пропускания. Предложено объяснение возникающих эффектов, связанное с волноводным распространением излучения в намагниченном слое.
Бесплатно
