Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Фокусировка непрерывного и импульсного лазерного излучения с помощью микросферы
Статья научная
Рассмотрена фокусировка непрерывного и импульсного излучения с помощью полистироловой микросферы (микрошара) диаметром от 0,5 мкм до 5 мкм. Методом FDTD показано, что в обоих случаях при некоторых радиусах сферы возможно преодоление дифракционного предела. Моделирование с помощью программы FullWave показало, что при фокусировке микросферой с радиусом 2,5 мкм непрерывного лазерного излучения (плоская волна с длиной волны λ = 633 нм) наименьший диаметр фокуса, формируемого сферой, FWHM = (0,55 ± 0,08) λ, а при фокусировке импульса длиной 1,25 фс (λ = 633 нм) – FWHM = 0,54λ. Численные результаты, полученные с помощью программы FullWave, согласуются с результатами, полученными с помощью программы MEEP (FWHM = 0,60λ), и находятся в согласии с экспериментальными данными (FWHM = 0,60λ), полученными методом сканирующей ближнепольной оптической микроскопии.
Бесплатно
Фокусировка цилиндрических векторных пучков дробных порядков
Статья научная
С помощью моделирования острой фокусировки векторных пучков с азимутальной поляризацией дробного порядка 0
Бесплатно
Фокусировка цилиндрического векторного пучка второго порядка градиентной линзой Микаэляна
Статья научная
В данной работе моделировалась фокусировка цилиндрического векторного пучка второго порядка градиентной линзой Микаэляна. Показано, что линза формирует вблизи своей выходной поверхности область обратного потока энергии. В случае, если высоту линзы сделать больше расчётной и снабдить углублением на оси, удаётся локализовать область прямого потока энергии внутри материала линзы, а область с преимущественно обратным потоком энергии вынести в свободное пространство.
Бесплатно
Фокусировка цилиндрического векторного пучка и эффект холла
Статья научная
Известно, что в сечении цилиндрического векторного пучка высокого порядка поляризация локально линейная. Причём чем выше порядок пучка, тем большее число полных оборотов совершают векторы локальной линейной поляризации при обходе вокруг оптической оси. Известно также, что цилиндрический векторный пучок с радиально-симметричной амплитудой имеет в начальной плоскости и в плоскости фокуса нулевой спиновый угловой момент и орбитальный угловой момент (так как у всех декартовых составляющих поля производная фазы по полярному углу равна нулю). В работе показано, что вблизи фокальной плоскости цилиндрического векторного пучка (до и после фокуса) формируется чётное число локальных субволновых областей, в которых вектор поляризации вращается, причём в соседних областях он вращается в разные стороны, то есть продольная проекция вектора спинового углового момента в соседних областях имеет разные знаки. При переходе через фокальную плоскость направление вращения вектора поляризации в каждой точке сечения пучка меняется на противоположное. Такое пространственное разделение левого и правого вращения векторов поляризации является проявлением оптического спинового эффекта Холла.
Бесплатно
Формирование близкорасположенных световых пятен на основе лазерных зеркальных пучков Эйри
Статья научная
Выполнено сравнительное численное исследование формирования в фокальной плоскости близкорасположенных световых пятен с помощью дифракционных решёток с комплексно сопряжёнными порядками и бинарных оптических элементов, согласованных с модами Эрмита-Гаусса и зеркальными пучками Эйри. Показано, что решётки позволяют формировать набор равномерных световых точек с высокой точностью, но формируемая картина быстро портится при смещении из плоскости фокуса. Пучки Эрмита-Гаусса в соответствии со своими модовыми свойствами обладают высокой устойчивостью к дефокусировке, но распределение интенсивности и размер световых точек в этом случае неравномерные. Зеркальные пучки Эйри представляют собой компромиссный вариант - они имеют более равномерную интенсивность световых пятен, чем моды Эрмита-Гаусса, и в то же время устойчивы к дефокусировке. Эксперименты с перестраиваемым лазером подтвердили упомянутые преимущества зеркальных пучков Эйри по сравнению с модами Эрмита-Гаусса, а также показали хорошую спектральную устойчивость изготовленных дифракционных оптических элементов.
Бесплатно
Формирование векторного пучка с помощью конической преломляющей поверхности
Статья научная
В данной работе для формирования азимутально-поляризованного пучка предлагается использовать рефракционный конический аксикон. Исследованы поляризационные состояния лучей при прохождении через границы раздела сред, а также преобразования поляризации с помощью аксикона с использованием собственной разработанной программы по трассированию лучей с учётом поляризации и отображения эллипсов поляризации. Описание состояния поляризации осуществлялось с использованием нотации Джонса и с учётом выполнения закона сохранения энергии. Выведены и реализованы формулы для вычисления вектора Джонса в различных лучевых базисах и базисах поверхности, а также перевода вектора Джонса из одного базиса в другой. Разработаны алгоритмы отображения эллипсов поляризации на одной плоскости для пучков, не являющихся плоскопараллельными. Рассчитан и показан ход лучей в трёхмерном аксиконе с учётом поляризации.
Бесплатно
Статья научная
Предложена дифракционная структура для формирования высокочастотных интерференционных картин затухающих электромагнитных волн в задачах фотолитографии, основанная на интерференции «объемных» мод диэлектрических фотонных кристаллов при резонансах Фабри-Перо. Для предсказания положений резонансов Фабри-Перо предложен простой подход к описанию дифракции плоской волны на фотонном кристалле из конечного числа периодов, основанный на представлении поля внутри фотонного кристалла в виде суперпозиции двух «объемных» мод фотонного кристалла, распространяющихся в противоположных направлениях. Результаты работы могут найти применение при создании новых устройств для ближнепольной интерференционной фотолитографии.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено решение задачи преодоления дифракционного предела на основе представления оптического сигнала в виде суперпозиции коммуникационных мод, согласованных с вихревыми собственным функциям ограниченного (в пространственной и спектральной областях) непараксиального оператора распространения в свободном пространстве. Непараксиальное распространение лазерных пучков описано с помощью разложения по коническим волнам на основе преобразования Фурье-Ханкеля m -го порядка. Собственные функции такого оператора, имеющие собственные значения, близкие к единице, определяют число степеней свободы и характеристики оптического сигнала, передаваемого без искажения на заданное расстояние. На основе рассмотренного подхода разработан параметрический метод решения обратной задачи дифракции, включая преодоление дифракционного предела.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен новый метод измерения вырожденных спектров оптических вихрей и орбитального углового момента сингулярных пучков. Метод основан на измерении моментов интенсивности высших порядков пучка, содержащих вихри как с положительными, так и отрицательными топологическими зарядами. Соответствующий выбор амплитуд вихревых мод комбинированного пучка формирует в спектре орбитального углового момента аномальные зоны в виде резонансных провалов и всплесков. Поскольку моменты интенсивности для вихрей с положительными и отрицательными топологическими зарядами одинаковы для осесимметричного пучка, то симметрию пучка потребовалось нарушить, так что измерения проводились в плоскости двойного фокуса цилиндрической линзы. Калибровочные измерения показали, что погрешность эксперимента не выше 4,5 %. При измерении вырожденных спектров вихрей комбинированного сингулярного пучка было обнаружено, что провалы и всплески в спектре орбитального углового момента вызваны лавиной вихрей, индуцированной слабыми возмущениями голографической решётки, ответственной за формирование пучка. Возникновение провалов или всплесков орбитального углового момента регулируется соотношением между потоками энергии в лавине вихрей с положительными или отрицательными топологическими зарядами.
Бесплатно
Статья научная
Разработан способ формирования трёхмерных металлодиэлектрических фотонных кристаллов на основе изготовления полимерных структур методом интерференционной литографии c последующим нанесением нанослоя золота методом магнетронного напыления. Запись полимерной матрицы осуществлялась излучением гелий-кадмиевого лазера на длине волны 442 нм в фоторезисте SU-8. Исследованы спектры отражения полученных фотонных кристаллов в инфракрасном диапазоне. На основе данных спектрометрии сделан вывод о появлении фотонной запрещённой зоны с центром на длине волны 2,6-2,8 мкм.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследуется формирование поляризационных сингулярностей, возникающих в результате несоосной интерференции векторных пучков различной симметрии. Предложена аналитическая модель суперпозиции двух пространственно смещённых пучков с произвольными топологическими зарядами и фазовыми параметрами. Показано, что в области их перекрытия могут возникать поляризационные особенности типа V - и C -точек, а также устойчивые конфигурации вида lemon и star . На основе параметров Стокса проведена классификация особенностей и определены условия их формирования. Проведено численное моделирование, позволяющее установить оптимальное значение смещения пучков, при котором в центре формируется симметричная поляризационная сингулярность. Результаты подтверждены экспериментально.
Бесплатно
Формирование и фокусировка векторного оптического вихря с помощью металинзы
Статья научная
Численно с помощью FDTD-моделирования показано, что при освещении спиральной металинзы из аморфного кремния с топологическим зарядом m = 1, числовой апертурой 1 и фокусным расстоянием, равным длине волны, вблизи её поверхности формируется острый фокус в виде круглого пятна (при освещении светом с ТЕ-поляризацией) или кольца (при освещении светом с ТМ-поляризацией). Показано численно и теоретически, что при острой фокусировке лазерного света в картине распределения интенсивности в фокусе имеются локальные области (симметричные и несимметричные, в центре картины или на периферии), в которых поток световой энергии имеет обратное направление. Например, обратный поток энергии вблизи оптической оси возникает при m = 1 и левой круговой поляризации или при m = 2 и правой круговой поляризации. Обнаруженный эффект можно использовать для смещения микрочастицы в обратном направлении по отношению к направлению распространения пучка.
Бесплатно
Формирование изображений дифракционной многоуровневой линзой
Статья научная
Рассматривается формирование изображений дифракционной линзой. Проведён аналитический и численный расчёт формирования изображений при освещении дифракционной линзы излучением с различными длинами волн в параксиальной и непараксиальной волновых моделях. Рассмотрены как многоуровневые, так и квантованные дифракционные линзы. Приводятся результаты вычислительного и натурного экспериментов.
Бесплатно
Статья научная
Описывается космический эксперимент по получению изображений с наноспутника формата КубСат 3U с орбиты высотой 300 км камерой с гибридным рефракционно-дифракционным объективом, обеспечивающим разрешение 200 м на поверхности Земли. Построена экспериментальная частотно-контрастная характеристика изображающей оптической системы. Показано, что контраст мелких деталей формируемого изображения сопоставим с контрастом мелких деталей изображения, полученного со спутника Sentinel-2.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено формирование интерференционных картин поверхностных электромагнитных волн с помощью диэлектрической дифракционной решетки с металлическим слоем. Моделирование в рамках электромагнитной теории показывает возможность получения контрастных интерференционных картин с периодом в несколько раз меньшим периода дифракционной решетки. При этом интенсивность поля в интерференционных максимумах в десятки раз превышает интенсивность падающей волны. Рассмотрены способы управления периодом интерференционной картины за счет изменения длины волны и угла падения.
Бесплатно
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
