Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Сравнение устойчивости вихревых пучков Лагерра-Гаусса к случайным флуктуациям оптической среды
Статья научная
Численно и экспериментально исследовано распространение вихревых пучков Лагерра-Гаусса через случайную фазовую искажающую среду. Проанализировано влияние порядка моды на степень сохранения вихрей различных порядков в случайной среде. Экспериментально показано повышение устойчивости обнаружения вихря в пучке при небольшой дефокусировке выходного Фурье-каскада оптического коррелятора.
Бесплатно
Сравнение фокусировки коротких импульсов в приближении Дебая
Статья научная
Рассмотрены различные типы импульсов и свойства их частотных спектров. Расчёты показали, что существенное различие между импульсами начинается только при очень малых длительностях (менее периода осцилляции). В этом случае импульс Гаусса становится нефизичным и нужно использовать другие типы импульсов, например, импульс Пуассона. Выполнено сравнительное моделирование фокусировки коротких импульсов апланатическим объективом при различных состояниях поляризации и порядках вихревой сингулярности в приближении Дебая. Показано, что для субцикличного импульса Пуассона, имеющего значительную энергию в высоких частотах, состояние поляризации и наличие вихревой фазовой сингулярности существенно влияет на распределение в фокальной области.
Бесплатно
Статья научная
С помощью моделирования методом конечных разностей во временной области показано, что при острой фокусировке Гауссова пучка с линейной поляризацией и с внедренным оптическим вихрем зонной пластинкой Френеля и при фокусировке Гауссова пучка спиральной зонной пластинкой формируются фокусные пятна разной формы и по интенсивности, и по потоку энергии. Наиболее существенные различия наблюдаются при значении топологического заряда, равного трем. При фокусировке зонной пластинкой Френеля Гауссова пучка поток энергии имеет кольцевое распределение, в то время как при фокусировке спиральной зонной пластинкой форма интенсивности и потока энергии имеет три локальных максимума, что соответствует порядку спиральной зонной пластинки. На расстоянии 14,5 мкм от фокуса лепестковая структура интенсивности (и потока энергии) сменяется на кольцевое распределение.
Бесплатно
Сравнительное исследование спектральных свойств асферических линз
Статья научная
Проведён расчёт дифракционной асферической линзы с минимизированными геометрическими аберрациями на оси (акслинза). Показано, что такая линза обладает существенно лучшим угловым разрешением по сравнению с параболической линзой. Рассмотрены спектральные свойства акслинзы. Проведён натурный эксперимент по формированию изображения акслинзой.
Бесплатно
Статья научная
Предложен помехоустойчивый алгоритм post-обработки видеофайлов, записанных в условиях отсутствия виброизоляции оптической схемы цифрового спекл-интерферометра с непрерывным лазерным излучателем и диффузно-рассеивающим оптическим элементом, установленным перед объектом исследования. Проведено сопоставление результатов работы предложенного алгоритма с известным методом обработки видеопотока в реальном времени, основанным на последовательном определении разностных изображений с последующим их накоплением. Показана возможность увеличения контраста результирующих спекл-интерферограмм, полученных способом post-обработки на 19 – 48 % по сравнению с базовым методом. Апробация разработанного алгоритма осуществлена при исследовании форм собственных колебаний вибрирующей лопатки вентилятора газотурбинного двигателя.
Бесплатно
Сравнительное моделирование амплитудной и фазовой зонных пластинок
Статья научная
В работе с помощью FDTD-метода проведено сравнительное моделирование острой фокусировки лазерного света с помощью бинарных фазовой и амплитудных (тонкие металлические плёнки толщиной 20 - 30 нм) зонных пластинок Френеля. Вблизи колец зонной пластинки из серебра обнаружены субволновые локальные максимумы, интенсивность которых сравнима с интенсивностью в фокусе и которые объясняются возбуждением плазмонов.
Бесплатно
Сравнительное моделирование двумя методами острой фокусировки зонной пластинкой
Статья научная
Промоделирована фокусировка радиально-поляризованной моды двумя методами: FDTD и с помощью формул Ричардса-Вольфа. Показано, что оба метода демонстрируют возможность преодоления зонной пластинкой с радиусом R = 20(лямбда) дифракционного предела при освещении её модой R-TEM01 с радиусом (омега) = 10(лямбда). При расчёте методом FDTD преодоление дифракционного предела наблюдается для числовой апертуры, большей NA = 0,97, а по РВ-формулам - большей NA = 0,96. Относительная погрешность результатов вычисления ширины фокального пятна этими двумя методами при этом не превышает 6%.
Бесплатно
Статья научная
С помощью численного моделирования проведено сравнение двух типов дифракционных аксиконов - линейного и логарифмического - по характеристикам формируемых распределений интенсивности как продольных, так и поперечных. При этом оценивались: глубина осевой фокусировки и ширина формируемого светового пятна или центрального светового кольца (для вихревых аксиконов). Показаны преимущества логарифмического аксикона перед линейным аксиконом не только по равномерности распределения интенсивности вдоль оптической оси, но и существенный выигрыш в удлинении фокальной зоны при формировании узких осевых световых нитей и трубок.
Бесплатно
Сравнительный анализ хроматизма дифракционных и рефракционных линз
Статья научная
Приведены результаты сравнительного анализа хроматизма дифракционных и однородных рефракционных линз. Обсуждены возможности коррекции сферохроматизма третьего и пятого порядков таких линз. Даны рекомендации по эффективному использованию линз различного типа в гибридных рефракционно-дифракционных оптических системах.
Бесплатно
Стоячие волны в невзаимных гиротропных средах
Статья научная
Рассмотрены особенности интерференции невзаимных прямых и обратных волн в продольно намагниченном ферримагнетике. Показано, что невзаимность параметров структур существенно влияет на характер резонансного процесса, в частности, приводит к отсутствию синфазности колебаний в разнесённых точках пространства, расположенных между узлами.
Бесплатно
Структура нормальных мод в параллельных идеальных оптических волокнах с сильной связью
Статья научная
В данной работе исследовано влияние сильной эванесцентной связи на структуру нормальных мод системы параллельных идеальных многомодовых оптических волокон. С использованием формализма теории возмущений с вырождением на основе скалярного волноводного уравнения для этой системы получены аналитические выражения супермод высших порядков и определены их постоянные распространения. Показано, что структура мод в случае сильной эванесцентной связи совпадает с аналогичной структурой нормальных мод для слабо связанных параллельных волокон. Продемонстрировано, что наличие сильной связи приводит к модификации выражений для поляризационных поправок к скалярной постоянной распространения, для которых получены соответствующие аналитические выражения.
Бесплатно
Структурная устойчивость спиральных пучков и тонкая структура потока энергии
Статья научная
Проблема структурной устойчивости волновых систем с многими степенями свободы непосредственно касается вопроса перераспределения потоков энергии в структурированных вихревых пучках, обеспечивающих их устойчивость при распространении и фокусировке. Особое место в этом многообразии занимают спиральные вихревые пучки, способные отображать сложные фигуры, буквы и даже слова. Спиральные пучки содержат бесконечное множество пучков Лагерра-Гаусса со строгой последовательностью топологических зарядов и радиальных чисел, их амплитуды и фазы жестко согласованы. Используя сочетание теории и компьютерного моделирования, подкрепленное экспериментом, мы проанализировали структуру критических точек в потоках энергии для двух основных типов спиральных пучков: треугольные пучки с нулевым радиальным числом и треугольные пучки со сложным обрамлением их граней и с обоими квантовыми числами. Структурная устойчивость обеспечивается триадами критических точек, как внутри, так и во внешней области треугольника, которые направляют световой поток вдоль треугольной образующей и удерживают обрамление при вращении пучка. Эксперимент показал, что простой треугольный спиральный пучок оказывается устойчивым даже при небольших неточностях юстировки, тогда как сложный треугольный пучок с обрамлением требует тщательной юстировки.
Бесплатно
Структурно-устойчивые трёхмерные и двумерные лазерные половинные пучки Пирси
Статья научная
Получено новое решение параксиального уравнения Гельмгольца, описывающее семейство структурно-устойчивых трёхмерных и двумерных половинных пучков Пирси (ПП-пучки). ПП-пучки обобщают пучки Пирси, полученные в Opt. Express, 20, 18955 (2012), так как известные пучки Пирси равны сумме двух ПП-пучков первого порядка. Угловой спектр плоских волн трёхмерных ПП-пучков отличен от нуля на половине параболы. Установлены свойства ортогональности функций, описывающих комплексные амплитуды ПП-пучков. Для двумерного ПП-пучка показано наличие ускорения в области до фокальной плоскости и замедление за фокусом.
Бесплатно
Структурные и оптические характеристики тонких пленок CdTe в видимом и инфракрасном диапазонах
Статья научная
Проведено исследование характеристик тонких плёнок CdTe, сформированных методом термовакуумного испарения из гранул CdTe на нагретые подложки. Структурные свойства CdTe были изучены с помощью растровой электронной микроскопии, рамановской спектроскопии. Исследование оптических свойств проводилось методом эллипсометрии, фурье-спектроскопии. Выявлены области низкого поглощения изготовленных плёнок в инфракрасном диапазоне. Для проверки возможности применения плёнок в сенсорике было проведено исследование структур металл/диэлектрик/диэлектрик на основе волноводного слоя CdTe для сред на основе воды, этанола и изопропанола, заключенных между плёнками CdTe и золота. В спектрах отражения этих структур наблюдаются резонансы в диапазонах длин волн, соответствующих локальным максимумам поглощения материалов. Выявлена зависимость положения резонансов в спектрах отражения от значений коэффициента поглощения растворителей. Полученные результаты могут быть использованы для разработки устройств фотоники инфракрасного диапазона.
Бесплатно
Субволновая локализация света в волноводных структурах
Статья научная
Моделирование с помощью программ FullWAVE и Fimmwave показало, что в градиентных планарных кремниевых секансных волноводах фундаментальная TE-мода может иметь ширину 0,09"lambda", "lambda" - длина волны; гибридная HE11 мода в полом кварцевом круглом ступенчатом волокне может иметь диаметр 0,03"lambda"; фундаментальная TM-мода в нанощели в кремниевом планарном волноводе имеет ширину 0,065"lambda"; планарная секансная градиентная микролинза разрешает два источника на расстоянии 0,15"lambda"; градиентная планарная линза "рыбий глаз" в зеркальном резонаторе изображает точечный источник в пятно шириной 0,18"lambda"; планарная секансная градиентная микролинза 6,5x5,34 мкм, использованная в качестве кольцевого резонатора, связывает два планарных субволновых волновода шириной 386 нм с эффективностью 79% (аналогичный кольцевой кремниевый резонатор имеет эффективность - 71%); в планарном металлическом волноводе световая мода (плазмон) распространяется вдоль краев волновода, проникая в сам волновод на величину 0,039"lambda" для серебра; в нанощели в серебряной пленке распространяется TM-мода (плазмон), полностью заполняющая эту щель шириной 50 нм (ширина моды 0,111"lambda").
Бесплатно
Субволновая фокусировка лазерного излучения с помощью зонной пластинки из хрома
Статья научная
Проведено исследование характеристик фокусного пятна, формируемого зонной пластинкой диаметром 15 мкм из пленки хрома на стеклянной подложке и фокусным расстоянием в одну длину волны λ = 532 нм, в зависимости от высоты рельефа. Исследование показало, что высота рельефа 70 нм позволяет достичь оптимального соотношения размеров фокусного пятна по полуспаду интенсивности и максимальной интенсивности. С использованием сканирующего ближнепольного оптического микроскопа показано, что зонная пластинка с указанными параметрами фокусирует линейно поляризованный Гауссов пучок в эллиптическое пятно с размерами по полуспаду интенсивности вдоль декартовых координат FWHMx = 0,42λ и FWHMy = 0,64λ.
Бесплатно
Субволновая фокусировка лазерного излучения смешанной азимутально-линейной поляризации
Статья научная
В данной работе был рассмотрен четырёхсекторный пропускающий преобразователь поляризации для длины волны 633 нм, с помощью которого можно получить азимутально-поляризованный пучок из линейно-поляризованного. Численно показано, что, поместив непосредственно за преобразователем поляризации зонную пластинку Френеля с фокусным расстоянием 532 нм, можно сфокусировать свет в субволновое фокусное пятно с размерами по полуспаду интенсивности меньше дифракционного предела (размеры по полуспаду интенсивности равны 0,28 и 0,45 от длины волны фокусируемого света). Если же после прохождения четырёхсекторного пропускающего преобразователя свет сначала распространяется в свободном пространстве на расстояние 300 мкм и только потом фокусируется зонной пластинкой, то размер фокусного пятна составляет 0,42 и 0,81 от длины волны фокусируемого света (при этом размер пятна, сформированного только поперечной составляющей напряженности электрического поля, был равен 0,42 и 0,59 от длины волны). Последний численный результат был проверен экспериментально, полученные размеры пятна были равны 0,46 и 0,57 от длины волны.
Бесплатно
Субволновая фокусировка с помощью бинарного микроаксикона с периодом 800 нм
Статья научная
С помощью сканирующего микроскопа ближнего поля NT-MDT c кантиливером с отверстием 100 нм на расстоянии 100 нм от поверхности микроаксикона с диаметром 13,6 мкм периодом 800 нм и глубиной 465 нм, изготовленного совместно ИСОИ РАН и Университетом Сэнт-Эндрюса (Шотландия) по технологии электронной литографии на резисте ZEP520A, измерено фокусное пятно линейно-поляризованного лазерного света с длиной волны 532 нм, которое имело диаметр по полуспаду интенсивности равный 320 нм, что составляет 0,61 от длины волны. Глубина фокусировки по полуспаду интенсивности была равна 3 мкм, причём экспериментальные точки осевой интенсивности в фокусном отрезке с хорошей точностью (с.к.о. 13%) наложились на расчётную кривую осевой интенсивности, а приближённая оценка и строгое моделирование дают диаметр фокусного пятна по полуспаду интенсивности равный 0,54 от длины волны. Интенсивность в максимуме на оптической оси в 7 раз больше, чем интенсивность освещающего пучка.
Бесплатно
Субволновая фокусировка с помощью зонной пластинки Френеля с фокусным расстоянием 532 нм
Статья научная
Изготовлена и исследована фазовая бинарная зонная пластинка с фокусным расстоянием 532 нм, радиусом 7,7 мкм и глубиной рельефа 510 нм. С помощью ближнепольного микроскопа показано, что при освещении пластинки линейно поляризованным Гауссовым пучком с длиной волны 532 нм формируется фокусное пятно с диаметром интенсивности по полуспаду, равным 0,44 от длины волны.
Бесплатно
Суперпозиция вихревых световых пучков для захвата и перемещения биологических микрообъектов
Статья научная
В статье рассматривается возможность формирования модифицированной оптической ловушки для биологических микрообъектов из суперпозиции вихревых световых пучков. Представлены результаты экспериментов с использованием таких пучков.
Бесплатно
