Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
В статье представлен метод акустооптической мультиспектральной регистрации изображений, основанный на выборе наиболее информативных спектральных каналов и формировании многооконной функции пропускания акустооптического фильтра. Разработанный алгоритм позволяет выбрать сочетания спектральных каналов, которые обеспечивают высокий контраст для заданной совокупности объектов и фонов с известными спектрами. Метод апробирован экспериментально на примере контрастной визуализации 20 разных, но близких по цветовому тону пар объект-фон. Результаты эксперимента демонстрируют эффективность предложенного метода и алгоритма.
Бесплатно
Формирование лазерного излучения для создания наноразмерных пористых структур материалов
Статья научная
Определены зависимости угла поворота отрезка в фокальной плоскости, фокусного расстояния и длины фокального отрезка в зависимости от угла поворота подвижного фокусатора, представляющего собой зонное зеркало с рабочей поверхностью в форме гиперболического параболоида. Обоснована целесообразность его применения для реализации лазерного воздействия с целенаправленно изменяемым пространственным распределением мощности. При таком воздействии в приповерхностном слое твердокристаллического материала - латуни Л63 формируется наноразмерная пористая структура, представляющая собой слой, обогащенный медью.
Бесплатно
Формирование лазерных половинных пучков Пирси с помощью пространственного модулятора света
Статья научная
С помощью жидкокристаллического фазового пространственного модулятора света сформированы структурно-устойчивые лазерные половинные пучки Пирси (ПП-пучки), которые недавно были предложены авторами [Компьютерная оптика, Т. 38, № 2 (2014)]. Экспериментально показано, что ПП-пучки сохраняют свою структуру интенсивности с точностью до масштаба и поворота на 180 градусов, а также обладают свойством авто-фокусировки и восстанавливают картину интенсивности после частичного искажения с помощью амплитудного дефекта (свойство самовосстановления). Амплитуда и фаза ПП-пучка кодировались с помощью модернизированного двухфазного алгоритма. Обычное игнорирование амплитуды и использование только фазы приводит к бо́льшим искажениям ПП-пучка, чем использование двухфазного алгоритма кодирования.
Бесплатно
Статья научная
Методом частичного кодирования рассчитаны бинарные фазовые дифракционные оптические элементы, предназначенные для генерации лазерных пучков Эйри с различными характеристиками дифракционной эффективности и точности. По рассчитанным фазовым распределениям методом жидкостной фотолитографии изготовлены дифракционные оптические элементы с различным шагом дискретизации, которые были экспериментально исследованы и использованы для оптического захвата полистироловых шариков диаметром 5 мкм.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложен основанный на проекционной литографии метод обработки тонких плёнок халькогенидных стёкол лазерными пучками со структурированным распределением поляризации для формирования спиралевидных микрорельефов. Для управления поляризацией исходного пучка использован пространственный модулятор света HOLOEYE LC 2012. Показано, что изменение контраста изображений масок, выводимых на дисплей модулятора, влияет на выпуклость/вогнутость формируемых профилей. Такой подход может быть эффективно использован для прямой лазерной записи более сложных нано-/микроэлементов, а также их массивов.
Бесплатно
Формирование массива полых пучков для осаждения и позиционирования микрочастиц
Статья научная
Описан метод расчёта дифракционных оптических элементов для формирования систем полых световых пучков. Представлены эксперименты по осаждению из водной взвеси микрочастиц массивами полых пучков для процесса их позиционирования.
Бесплатно
Формирование массива световых «бутылок», основанное на использовании суперпозиции пучков Бесселя
Статья научная
Предложена и исследована процедура расчёта фазовой функции дифракционных оптических элементов (ДОЭ), формирующих набор световых «бутылок». Предложенная процедура основана на использовании суперпозиции пучков Бесселя. Приведены результаты моделирования и натурных экспериментов.
Бесплатно
Статья научная
На основе использования разложения по плоским волнам в модификации Мансурипура с учётом коэффициентов пропускания Френеля показана возможность формирования протяжённой световой нити с уменьшенным поперечным размером для линейной поляризации освещающего пучка с помощью высокоапертурных бинарных аксиконов, не обладающих осевой симметрией. Показано, что уширение центрального светового пятна, которое неизбежно возникает при линейной поляризации освещающего пучка в высокоапертурных системах, можно компенсировать за счёт нарушения осевой симметрии аксикона. Для этого используется асимметрия, позволяющая перераспределить осевой вклад различных компонент электрического вектора так, чтобы продольная компонента имела на оптической оси максимальной значение, а поперечная - минимальное. Рассмотрены различные типы аксиконов, позволяющие достигать этой цели.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен новый вариант применения разработанной ранее оптической системы для формирования поляризационно-неоднородного лазерного излучения, основанный на суммировании двух пучков с круговой поляризацией. Один из пучков поляризован по правому кругу, а другой - по левому, причём пучки имеют фазовые сингулярности противоположных знаков. Для получения парных цилиндрических пучков высокого порядка рассчитаны и изготовлены соответствующие дифракционные оптические элементы (ДОЭ). Проведённые эксперименты показали улучшение качества формирования пучков.
Бесплатно
Формирование продольно-удлинённой области обратного потока энергии с помощью кольцевых апертур
Статья научная
С помощью формул Ричардса-Вольфа описывается фокусировка цилиндрического векторного пучка второго порядка широкоапертурной линзой, ограниченной кольцевой апертурой,. Показано, что можно увеличить область отрицательных значений проекции вектора Пойнтинга на оптическую ось, увеличив глубину фокуса с помощью кольцевой апертуры. Продемонстрировано, что при фокусировке света объективом с числовой апертурой 0,95 использование кольцевой апертуры, ограничивающей угол входного зрачка до 0,9 от максимального значения, позволяет увеличить глубину области отрицательных значений проекции вектора Пойнтинга на оптическую ось в 4 раза при практически неизменной ширине области (изменяется с 0,357 до 0,352 от длины волны фокусируемого света). При этом в 2,5 раза возрастает отношение абсолютных значений минимального значения осевой проекции вектора Пойнтинга в фокусе к максимальному.
Бесплатно
Статья научная
В работе обсуждается формирование оптических структур в результате модуляции параметра накачки, а именно возникновение неустойчивости Фарадея в широкоапертурных лазерах. Был рассмотрен лазер динамического класса B в области устойчивости однородного стационарного решения, соответствующего режиму приосевой генерации. Получены условия возникновения пространственно-временных структур, в том числе полосковой и гексагональной формы.
Бесплатно
Формирование пучков Бесселя вихревыми аксиконами
Статья научная
Рассматривается формирование пучков Бесселя вихревыми аксиконами с разными топологическими зарядами структуры. Приводятся результаты вычислительных и натурных экспериментов.
Бесплатно
Формирование пучков в аподизаторе с квадратной зубчатой диафрагмой
Статья научная
Теоретически исследована трансформация профиля однородного монохроматического пучка с плоским фазовым фронтом после прохождения квадратного аподизатора, состоящего из зубчатой диафрагмы и пространственного фильтра, и при распространении за ним. Показаны основные отличия от случая круглой геометрии аподизатора. Рассмотрены роли формы углов квадратной зубчатой диафрагмы, фазы при дифракции Френеля, формы зубцов диафрагмы и отношения ширины зубцов к их высоте.
Бесплатно
Формирование светового шаблона крупногабаритных объектов методами дифракционной оптики
Статья научная
На основе дифракционных оптических элементов (ДОЭ) разработан метод формирования световых 3D шаблонов крупногабаритных изделий типа антенн (от единиц до десятков метров) для их настройки и контроля. Суть метода заключается в создании в пространстве световых маркеров в виде сфокусированных лазерных пучков, фокусы и точки пересечения которых лежат на поверхности параболоида, описывающего форму антенны. Такой подход обеспечивает высокую точность задания маркеров (погрешность 0,02 – 0,2 мм на расстоянии 20 – 30 м). Дан расчёт основных параметров ДОЭ для антенны диаметром 25 м. Представлены экспериментальные результаты формирования световых шаблонов с использованием двух наборов ДОЭ, формирующих 19 и 288 световых точек. Показано, что при определённом выборе параметров оптической системы формирования световых шаблонов можно визуально обнаружить отклонение поверхности объекта на величину ±1 мм. Предложенный метод может существенно облегчить выполнение трудоёмких операций сборки, настройки и контроля формы крупногабаритных антенн в цеховых условиях.
Бесплатно
Формирование спиральной интенсивности бинарным вихревым аксиконом
Статья научная
Показана возможность формирования фотонной микроспирали в ближней зоне дифракции лазерного пучка на бинарном вихревом фазовом аксиконе. Численное моделирование выполнено в пакете Comsol, в котором уравнение Гельмгольца решается методом конечных элементов. Верификация численных расчётов произведена путём экспериментальных измерений, проведённых с помощью ближнепольного микроскопа NT-MDT Integra Spectra.
Бесплатно
Статья научная
Разработан метод формирования лазерным воздействием структур материалов деталей газотурбинных двигателей и энергетических установок с повышением эксплуатационных свойств. Для осуществления энергетического воздействия при проведении экспериментальных исследований использовался газовый CO2-лазер ROFIN DC 010. Лазерное излучение было преобразовано с применением оптической системы, содержащей дифракционный оптический элемент - фокусатор излучения в световое пятно в виде отрезка с максимальной плотностью мощности излучения в его центре. Выполнены испытания на совместную деформацию покрытия и основы, а также определение прирабатываемости покрытия АНБ+НА-67 при врезании контртела. Определено, что применение лазерной обработки подслоя предоставляет возможность увеличить угол изгиба в отсутствие образования трещин и отслоения покрытий. Это свидетельствует о более высокой прочности данного вида покрытий.
Бесплатно
Статья научная
Успешная реализация технологических процессов лазерной обработки возможна только при условии формирования определенного пространственного профиля интенсивности излучения в заданной области на поверхности детали, что достигается при использовании соответствующих оптических систем. Наиболее эффективные режимы обработки определяются только при решении обратной задачи теплопроводности, предоставляющей возможность по заданным известным математической модели и температурному полю, а также входящим в основное уравнение теплопроводности коэффициентам определить удельный тепловой поток через поверхность обрабатываемой детали. Разработана методика расчета пространственного распределения мощности лазерного излучения для формирования требуемого энергетического воздействия на технологические объекты, применение которой позволяет создать более равномерное температурное поле по длине движущегося полосового источника. Показано, что применение дифракционных оптических элементов - фокусаторов излучения предоставляет возможность увеличить ширину зоны обработки без перегрева ее центральных участков.
Бесплатно
Формирование фотонных наноструй двумерными микропризмами
Статья научная
С помощью метода конечных элементов, реализованного в программном пакете COMSOL Multiphysics, численно исследовалась фокусировка лазерного излучения диэлектрическими призмами с треугольным профилем. Было показано, что двумерные треугольные призмы позволяют фокусировать свет в свободном пространстве в пятна с размерами меньше скалярного дифракционного предела. Например, призма из кварцевого стекла с шириной основания 60 мкм и высотой 28,5 мкм, освещаемая светом с длиной волны 4 мкм, формирует фотонную нанострую с максимальной интенсивностью, в 6 раз превышающей интенсивность падающего излучения, и шириной по полуспаду интенсивности, равной 0,38 от длины волны фокусируемого излучения. Размеры фокусного пятна можно уменьшать, если высота призмы подобрана таким образом, чтобы максимум интенсивности располагался внутри призмы. В частности, призма из титаната бария с высотой 21 мкм и шириной основания 60 мкм формирует непосредственно за своей вершиной фокусное пятно с шириной, по полуспаду интенсивности равной 0,25 от длины волны фокусируемого излучения. Было показано, что использование призмы приводит к меньшей зависимости ширины фокусного пятна от длины волны по сравнению с микроцилиндром. Например, у микроцилиндра из кварцевого стекла с диаметром 60 мкм смена длины волны с 3 мкм до 5 мкм приводит к изменению ширины пятна на 0,09 от длины волны фокусируемого излучения, а у призмы в среднем на 0,05 от длины волны фокусируемого излучения.
Бесплатно
Формирование цилиндрических векторных пучков высоких порядков при помощи секторных сэндвич-структур
Статья научная
Рассмотрены сложные поляризационно-фазовые преобразования, которые реализуются с использованием простых в изготовлении оптических элементов. Технология изготовления таких элементов базируется на аксиально-симметричной дискретизации требуемых поляризационных и фазовых распределений. Такое представление приводит к оптическим элементам в виде секторных сэндвич-структур, состоящих из сложенных вместе поляризационной и фазовой пластин. В работе численно и экспериментально исследованы основные типы таких секторных сэндвич-структур для формирования цилиндрических поляризаций 2-го порядка.
Бесплатно
