Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
We concern the problem of laser beam diffraction by a phase object with and without radiation absorption. In terms of a plane optical wave passing through the object, we solve the scalar Helmholtz wave equation in the first Rytov approximation and discuss the consequences of the equation obtained in such an approximation. By taking into account the wave diffraction spreading, numerous features of the phase object visualization in the field of coherent laser radiation are predicted. We reveal the fundamental relationships between the Fourier spectra of the object dielectric permittivity and diffracted wave characteristics described in terms of the wave intensity and phase shift in free space. The findings are of a general nature and can be useful in optical imaging of various objects.
Бесплатно
The mathematical model of quantum dots pair orientation under laser radiation field
Статья научная
One approach for the formation of structures with complex geometries at the nanoscale is the step-by-step assembly. In this case, it is necessary to be able to estimate the time required to establish orientational equilibrium for a preformed pair of particles. This process is statistical in nature and depends on the mechanism of interaction of the ensemble with the external field. The orientation of particles in an alternating field is associated with certain relaxation times, which depend on the viscosity and temperature of the medium, as well as on the geometric structure of the samples. This paper proposes an mathematical model of the process of establishing the distribution of nanoparticles pairs orientations taking into account the friction force, thermal motion, and the orienting laser field. A statistical orientation distribution was obtained for CdTe particles in the field of moderate laser radiation, and the average time for establishing orientational equilibrium was estimated.
Бесплатно
Theoretical diffractive filter performance for ballistic transillumination
Статья научная
We address the topic of selectively probing turbid media, equivalent to biological tissue, with ballistic photons. The samples considered exhibit highly forward-directed scattering (anisotropy factor g > 0.9). We propose the utilization of a non-linear grating-based angular filter to separate the faint ballistic signal from optical noise. The filter is conformed of a monochromatic source incident on a ruled grating, positioned at grazing diffraction, followed by a narrow slit. Minute deviations in propagation angle of scattered radiation are amplified non-linearly. A rotation scheme with 1 arc min resolution may provide angular amplifications in the range of 15X-60X. In addition, similar values of transversal beam size reduction enable efficient ~100X-1000X filtering of optical noise. We utilize random walk Monte Carlo calculations to emulate the interactions between radiation and turbid media. The influence of the filter is considered by employing ray trace analysis and conical diffraction theory of ruled gratings. For samples with g =0.995, the configuration permits a significant ~10e3 reduction of optical noise.
Бесплатно
Thermal entanglement in the three-qubit Tavis-Cummings model with Kerr nonlinearity
Статья научная
We obtained a solution of the Liouville equation for a system of three identical qubits interacting without detuning with a thermal field of a cavity with a Kerr medium, for two type of initial pure genuine W-entangled qubits states. On its basis, three entanglement parameters: fidelity, tangle and pairwise negativities were calculated. We obtained that sudden death of entanglement takes place for large intensities of the cavity thermal noise for all considered W-states. We also showed that Kerr nonlinearity prevents the destruction of the initial qubits entanglement induced by the thermal noise of the cavity and eliminates the sudden death of entanglement.
Бесплатно
Статья научная
Показано расширение возможностей метода токовой модуляции длины волны лазерного излучения за счёт использования гармонической модуляции. Исследованы достоинства метода пилообразной модуляции, связанные с использованием в качестве информационного параметра частоты спектральной составляющей автодинного сигнала, а также достоинства метода гармонической модуляции, обусловленные возможностью определения расстояния по результатам измерения амплитуд спектральных составляющих автодинного сигнала. Сравнительный анализ методов измерения расстояния до объекта при существующих возможностях модуляции длины волны излучения полупроводникового лазера показал преимущества измерения расстояний до 30 см методом гармонической токовой модуляции лазерного диода, а на расстояниях более 50 см - методом пилообразной токовой модуляции.
Бесплатно
Автоматизация синтеза и ранжирование склеенного и расклеенного двухлинзовых объективов
Статья научная
В работе представлен алгоритм синтеза склеенного и расклеенного двухлинзовых объективов. Представлено описание программы синтеза двухлинзовых объективов из материалов задаваемого пользователем каталога. Рассмотрена специфика автоматизации синтеза таких объективов. Предложен подход к ранжированию рассчитанных вариантов двухлинзовых систем по критерию предварительной оценки, определяемому через основные параметры в рамках теории аберраций третьего порядка. Разработанная программа поможет инженеру-оптику быстро рассчитать склеенные и расклеенные двухлинзовые объективы с требуемыми характеристиками.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены методы оценки степени чистоты поверхности подложек, предназначенных для формирования микрорельефа дифракционных оптических элементов (ДОЭ). Предложено автоматизированное устройство контроля степени чистоты поверхности по динамическому состоянию капли жидкости. Приведены результаты экспериментов по оценке поведения капли жидкости, полученные с помощью высокоскоростной видеокамеры.
Бесплатно
Автоматическая калибровка системы видеокамер и лидаров для автономных мобильных комплексов
Статья научная
Автономная навигация беспилотных автомобилей является в настоящее время одной из наиболее интересных научных и технических задач, и это тем более справедливо, если движение осуществляется на пересеченной местности. Как правило, подобные комплексы оснащаются различными сенсорами, работающими одновременно, а для сбора и анализа данных различной природы разрабатывается сложное программное обеспечение. Для совместного использования данных от множества камер и лидаров необходимо обеспечить их взаимную привязку в единой системе координат. Эта задача решается в процессе калибровки системы . Общая идея заключается в том, чтобы поместить в поле зрения сенсоров объект специального вида, характерные точки которого могут детектироваться автоматически с разных точек съемки всеми сенсорами. Тогда вариативная съемка объекта позволяет создать необходимое число связующих точек для взаимной привязки сенсоров. В данной работе представлена технология автоматической калибровки системы съемочных камер и лидаров при помощи оригинального калибровочного объекта. Приведены результаты экспериментов, подтверждающие достаточно высокую точность калибровки.
Бесплатно
Статья научная
Показано, что нелинейное уравнение Шредингера с некерровской нелинейностью имеет решение в виде локализованного импульса, движущегося с постоянной скоростью без дисперсионного уширения. Данное решение найдено прямым методом, основанном на теории гамильтоновых систем, и содержит в себе, как частный случай, известное решение кубичного нелинейного уравнения Шредингера.
Бесплатно
Статья научная
Для решения нелинейного уравнения Шрёдингера с нелинейностью типа кубик-квинтик применён прямой метод и получен явный вид решения в элементарных функциях в виде локализованного импульса, движущегося с постоянной скоростью без дисперсионного уширения. Данное решение содержит, как частный случай, известное решение с кубической нелинейностью.
Бесплатно
Статья научная
Найдено в квадратурах решение обобщённого нелинейного уравнения Шрёдингера с произвольной нелинейностью, характеризующейся некоторой функцией нелинейного отклика среды на внешнее гармоническое возмущение, зависящей от интенсивности волнового поля.
Бесплатно
Статья научная
Представлена комбинированная адаптивная оптическая система, предназначенная для коррекции волнового фронта светового излучения, искаженного воздействием сильной атмосферной турбулентности. Система состоит из стабилизатора положения пучка в пространстве и быстрой адаптивной оптической системы, работающей в режиме реального времени. Стабилизация положения пучка в пространстве осуществляется с помощью двух электронно управляемых по наклонам зеркал. Контур управления включает в себя два разнесенных в пространстве квадрантных датчика и программируемую логическую интегральную схему, которая осуществляет замыкание контура обратной связи. Адаптивное зеркало на основе биморфного пьезоэлемента, управляемое с помощью другой программируемой логической интегральной схемы, на основе информации, получаемой с датчика Шака–Гартмана, позволяет компенсировать аберрации волнового фронта вплоть до 23 полинома Цернике в реальном масштабе времени. Испытания системы проводились в условиях лабораторной турбулентности, созданной с помощью тепловентилятора. Ширина полосы возмущающего воздействия искусственной турбулентности в экспериментах не превышала 100 Гц, что соответствует среднестатистическому состоянию реальной атмосферы. Представлены результаты коррекции волнового фронта, искаженного воздействием искусственной турбулентности. Показано, что при использовании только биморфного корректора амплитуда наклонов волнового фронта возрастает. Это представляет определенную проблему, поскольку значительная часть энергии турбулентности приходится на наклоны волнового фронта. Для ее решения предлагается дополнительно использовать систему стабилизации положения светового пучка в пространстве.
Бесплатно
Адресные волоконные брэгговские структуры в квазираспределённых радиофотонных сенсорных системах
Статья научная
В статье предложена теория и техника адресных волоконных брэгговских структур и нового класса радиофотонных сенсорных систем на их основе, отличающаяся от существующих тем, что в волоконной брэгговской структуре формируется две сверхузкополосные частотные составляющие, разнесённые на уникальную разностную адресную частоту. Определение смещения центральных частот брэгговских структур осуществляется по результатам обработки сигнала биений адресных частот на фотоприёмнике, по параметрам которого судят о приложенных физических полях. Поставлена и решена задача однозначного определения сдвига центральных (брэгговских) частот адресных волоконных брэгговских структур с уникальными адресными частотами и одинаковой брэгговской частотой, объединённых в единую многосенсорную систему с приёмом мультиплексированного отклика на одном фотодетекторе.
Бесплатно
Активная атермализация двухдиапазонных ИК-вариообъективов
Статья научная
Для простых по конструкции средне- и длинноволновых двухдиапазонных инфракрасных рефракционных и рефракционно-дифракционных тепловизионных вариообъективов показана возможность сохранения во всем интервале изменения фокусного расстояния высоких и практически неизменных оптических характеристик при перепаде температур от - 40 до +40°C. Атермализация для любого фокусного расстояния достигается перемещением вдоль оптической оси объектива одного двухлинзового компонента или одиночной линзы, не задействованных в процессе зуммирования, что позволило, в частности, компенсацию терморасфокусировки и фокусировку объектива на дистанцию до объекта съемки осуществлять с использованием одного и того же фокусировочного механизма и при этом сохранять габарит и герметичность оптической системы.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача получения объемных изображений объектов в произвольных узких спектральных интервалах видимого диапазона. Для ее решения предложена схема двухканального акустооптического спектрометра, позволяющего регистрировать стереоскопические изображения, сформированные ортогонально поляризованными излучениями. Изготовлен макет спектрометра. Приведены примеры полученных стереоскопических изображений реального объекта и восстановленная по ним его объемная структура.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассмотрена задача восстановления комплексных коэффициентов суперпозиции мод Лагерра-Гаусса по интенсивности поля в некоторой плоскости, перпендикулярной оси распространения на заданном расстоянии с использованием алгоритма Левенберга-Марквардта и Брента. Показана эффективность применения поэтапной оптимизации для восстановления комплексных коэффициентов суперпозиции не только на модельных, но и на экспериментальных распределениях интенсивности. Алгоритм можно использовать при оптической передаче информации через турбулентную атмосферу для обработки принимаемых распределений интенсивности оптического сигнала.
Бесплатно
Статья научная
Итерационные алгоритмы восстановления фазы из дифракционных распределений в терагерцовом (ТГц) диапазоне частот являются многообещающим подходом вычислительной визуализации, способным обеспечить высокое пространственное разрешение восстанавливаемых изображений. Одним из часто применяемых алгоритмов стал SBMIR (англ. Single Beam Multiple Intensity Reconstruction), где в качестве исходных данных используются множественные распределения интенсивности дифракционного объектного поля. По сравнению с одноплоскостными методами, многоплоскостной подход позволяет ускорить сходимость, однако требует времязатратной регистрации данных на различном удалении приемника от объекта. Ранее нами был предложен метод записи в режиме однократного сканирования, который позволяет быстро получить исчерпывающий набор дифракционных распределений ТГц-объектного поля. В настоящей работе представлена апробация одного из современных алгоритмов на основе SBMIR и техники стохастического распространения волнового фронта (R-SBMIR, от англ. randomly ordered propagations) на экспериментальных данных ТГц-диапазона, снятых при помощи метода однократного сканирования. В отличие от ряда классических алгоритмов, которые могут потребовать серии численных экспериментов для определения оптимальных распределений интенсивности из большого набора данных, неупорядоченное распространение оценочного волнового фронта гарантирует восстановление изображений с наилучшим контрастом и разрешением без предварительной настройки параметров. Показано, что комплексное внедрение техники однократного сканирования с последующей обработкой данных при помощи R-SBMIR имеет потенциал для автоматизации метода восстановления фазы в ТГц-диапазоне.
Бесплатно
Алгоритм расчёта ДОЭ для формирования заданной конфигурации световых ловушек
Статья научная
Предложен алгоритм расчёта дифракционных оптических элементов (ДОЭ), формирующих вихревые пучки, с заранее заданным распределением минимумов и максимумов. Рассмотрено несколько модификаций этого алгоритма. Представлен расчёт некоторых конфигураций ловушек для захвата прозрачных и непрозрачных микрообъектов.
Бесплатно
Анализ аберраций роговицы человеческого глаза
Статья научная
В данной работе проведен анализ аберраций роговицы человеческого глаза на основе данных, полученных в глазной клинике Бранчевского осенью 2016 года. Анализ выполнен на основе представления аберраций в виде суперпозиции функций Цернике. В результате анализа выделены базисные функции Цернике, наиболее характерные для некоторых патологий глаза.
Бесплатно
