Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
Рассмотрена задача расчёта преломляющей поверхности, формирующей требуемое распределение освещённости в дальней зоне при плоском освещающем пучке. Показано, что данная задача может быть сформулирована как задача о перемещении масс. Получен вид функции стоимости в данной задаче. Продемонстрировано, что при определённом выборе координат функция стоимости становится квадратичной. Полученная задача о перемещении масс также описывает задачу расчёта зеркала, которая может быть рассмотрена как частный случай задачи расчёта преломляющей поверхности.
Бесплатно
Формфактор голограмм сложных изображений
Статья научная
В настоящей работе продолжается изучение влияния формфактора голограмм на их оптимальные характеристики, такие как оптимальная экспозиция при условии известного распределения видности и максимально достижимые значения средней по голограмме дифракционной эффективности. Главное внимание в работе уделено проверке применимости понятия формфактора к вычислениям оптимальных параметров фазовой голограммы. Полученные результаты позволяют утверждать, что для голограмм реальных изображений, сформированных сложными по форме пучками, применима технология вычисления и практического использования формфактора. На примере более чем 30 реальных изображений проанализирован подход к определению формфактора для изображающих голограмм. Обнаружено достаточно хорошее совпадение формфактора голограмм реальных портретных изображений с формфактором голограмм Гауссовых пучков. Показано, что реальные изображения имеют статистику распределения яркости, близкую к Гауссовой, но и для других статистик предложенный метод расчёта и использования формфактора применим.
Бесплатно
Фотонно-кристаллическая линза Микаэляна
Статья научная
Получены модовые решения в виде гиперболического секанса для двумерной градиентной среды с показателем преломления так же в виде гиперболического секанса. Найден фотонно-кристаллический аналог цилиндрической градиентной линзы Микаэляна и проведено сравнительное численное моделирование дифракции плоской волны на обеих микро-линзах с помощью двумерного FDTD-метода.
Бесплатно
Фотонно-кристаллическая линза для сопряжения двух планарных волноводов
Статья научная
Спроектировано, изготовлено и исследовано новое устройство нанофотоники, содержащее двумерную фотонно-кристаллическую линзу размером 3х4 мкм, изготовленную в пленке кремния на плавленом кварце и расположенную на выходе планарного волновода шириной 4,5 мкм, которая служит для сопряжения с другим планарным волноводом шириной 1 мкм. Длина обоих волноводов 5 мм. При смещении с оптической оси узкого волновода на 1 мкм интенсивность света на его выходе уменьшается в 8 раз, это означает, что размер фокусного пятна на выходе линзы в кремнии меньше 1 мкм. Моделирование показало, что максимальное пропускание это устройство имеет на длине волны 1,55 мкм, и эффективность связи двух волноводов - 73%. Измеренный спектр пропускания имеет четыре локальных максимума в диапазоне 1,50-1,60 мкм. Расчетный спектр пропускания отличается от экспериментального на 29%. Диаметр фокусного пятна линзы в воздухе, рассчитанный по полуспаду интенсивности, равен 0,32λ, где λ - длина волны, что меньше дифракционного предела, который задается sinc-функцией и равен 0,44 λ.
Бесплатно
Фотонные струи, сформированные квадратными микроступеньками
Статья научная
Экспериментально показано, что микроступеньки с квадратным сечением на кварцевой подложке со стороной квадрата 0,4 мкм; 0,5 мкм; 0,6 мкм и 0,8 мкм и высотой 500 нм при освещении со стороны подложки линейно поляризованным лазерным светом с длиной волны λ = 633 нм формируют вблизи своей поверхности области повышенной интенсивности (фотонные струи), превышающие интенсивность падающего света почти в 6 раз и имеющие в сечении диаметры по полуспаду интенсивности 0,44λ; 0,43λ; 0,39λ и 0,47λ, которые меньше дифракционного предела 0,51λ. Причём когда сторона квадрата ступеньки меньше длины волны, фокус находится внутри ступеньки, а когда сторона квадрата больше длины волны, фокус - снаружи ступеньки, и это похоже на оптическую свечу. Формировать фотонную струю с помощью фиксированной ступеньки на подложке удобнее, чем с помощью микросферы, которую нужно как-то удерживать. Кроме того, все на сегодня экспериментально зарегистрированные фокусные пятна для диэлектрических микросфер больше дифракционного предела.
Бесплатно
Фраксикон - дифракционный оптический элемент с конической фокальной областью
Статья научная
Теоретически исследуются параметры фокального пятна и глубина поля, формируемого ДОЭ, фазовая функция которого представляет собой тандем линза+аксикон (линзокон). В этом случае глубина поля по сравнению с линейным аксиконом уменьшается, а размер фокального пятна становится переменным и может уменьшиться значительно сильнее, чем позволяют каждый из оптических элементов из тандема по отдельности. Введено понятие нового фазового ДОЭ - фраксикона - имеющего дробную степень зависимости от радиальной координаты. В зависимости от значения дробной степени фраксикон позволяет формировать как масштабно уменьшающиеся бесселевые пучки - аналог линзокона, так и масштабно увеличивающиеся с соответствующим удлинением глубины поля, что близко по свойствам к логарифмическому аксикону, но без сингулярности в центральной части оптического элемента.
Бесплатно
Фраксикон как гибридный элемент между параболической линзой и линейным аксиконом
Статья научная
В предыдущих исследованиях на основе геометро-оптического анализа было показано, что фраксикон (обобщающий параболическую линзу и линейный аксикон оптический элемент) формально позволяет получать бесконечно большое значение интенсивности на оптической оси. В рамках параксиальной волновой модели такого эффекта каустики обнаружено не было. В данной работе рассмотрено действие фраксикона в непараксиальной волновой модели и показывается, что при высоких числовых апертурах фраксикон с показателем степени, близким к 3/2, фактически является аналогом гиперболической линзы, оптимально фокусирующей падающее излучение.
Бесплатно
Фурье-инвариантный пучок Лагерра-Гаусса с автофокусировкой
Статья научная
В работе рассмотрен новый пучок Лагерра-Гаусса, который отличается от обычных модовых пучков Лагерра-Гаусса, сохраняющих с точностью до масштаба структуру распределения интенсивности. Этот пучок не сохраняет свою структуру при распространении в свободном пространстве, но обладает интересными свойствами. Этот пучок Фурье-инвариантный и имеет в начальной плоскости (в плоскости перетяжки) и в дальней зоне дифракции увеличенную область темного. То есть диаметр центрального темного круга в сечении пучка может быть больше, чем у обычных пучков Лагерра-Гаусса. При сохранении топологического заряда пучка, меняя индексы многочлена Лагерра, можно увеличивать или уменьшать эффективный диаметр центрального темного пятна интенсивности. Кроме того, данный пучок обладает свойством автофокусировки, то есть на расстоянии Рэлея от перетяжки распределение интенсивности имеет вид светового кольца (при любом значении радиального индекса) с минимальным диаметром и максимальной интенсивностью на кольце. Данный пучок можно применять для манипулирования микрочастицами без использования дополнительной сферической линзы для его фокусировки.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются алгоритмы анализа полихроматической интерференционной картины изображения тонких слоистых объектов в оптической микроскопии для измерения оптических толщин слоев. Обсуждается метод измерения оптических толщин слоев, основанный на сравнении цветов исследуемого интерференционного изображения и численно моделируемого. Рассматривается математическая модель, используемая для расчёта и моделирования интерференционной картины, и алгоритмы обработки исследуемого интерференционного изображения. Приведён алгоритм сравнения цветов в рамках цветовой модели RGB, и показаны недостатки этой модели. Показана возможность использования цветовой модели Lab, и описаны алгоритмы сравнения цветов интерференционных изображений в этой цветовой модели. Приведены результаты применения разработанных алгоритмов для измерения оптических толщин эритроцитов в сухом мазке крови. Проведена оценка погрешности и стабильности разработанного алгоритма.
Бесплатно
Цифровая голографическая интерферометрия микросмещений объектов с рассеивающей поверхностью
Статья научная
Рассматриваются теоретические основы и схемные решения цифровой голографической интерферометрии, процедуры частотной пространственной фильтрации цифровой голограммы и восстановления комплексной амплитуды поля изображений рассеивающего объекта. Обсуждаются принципы многоэкспозиционного голографического интерференционного контроля полей микросмещений и микродеформаций объектов с диффузно рассеивающей поверхностью. Приведены результаты экспериментального определения микродеформаций изгиба под действием сосредоточенной и распределённой сил. Получены оценки пространственного и временного разрешений, достигаемых методом цифровой голографической интерферометрии в задачах определения статических и динамически изменяющихся полей микроперемещений рассеивающих поверхностей отражающих объектов.
Бесплатно
Статья научная
Разработан и реализован экспериментально метод измерения спектров амплитуд и начальных фаз и топологического заряда пучков Лагерра-Гаусса в базисе мод Эрмита-Гаусса. Теоретически обоснован и воплощён на эксперименте метод измерения топологического заряда невозмущённых пучков Лагерра-Гаусса с различными значениями радиальных и азимутальных чисел посредством астигматического преобразования на цилиндрической линзе. Показано, что измеренные спектры мод Эрмита-Гаусса позволяют определить орбитальный угловой момент и топологический заряд, а также осуществить цифровую сортировку мод Эрмита-Гаусса с последующим восстановлением реального сингулярного пучка.
Бесплатно
Статья научная
Экспериментально и теоретически исследовался процесс согласования мод в хаотической спекл картине без опорного пучка, ответственного за формирование голографической решетки. Наш подход основывается на измерении амплитуд и фаз мод Эрмита-Гаусса и Лагерра-Гаусса в спекл картине, образованной излучением многомодового градиентного волокна. Cпекл картина формировалась на голограмме пространственного модулятора света, используя модель многомодового градиентного волокна с учетом модовой и поляризационной дисперсии, а также случайных скачков фазы каждой собственной моды. Нам удалось согласовать 210 мод спекл картины и восстановить не только исходный узор, то также каждую структурированную моду Лагерра-Гаусса и всю цепочку собственных мод Эрмита-Гаусса.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассматривается метод управления спектром спонтанного параметрического рассеяния в кристаллах с квадратичной нелинейностью с помощью внешнего однородного электрического поля за счёт эффекта Поккельса и обсуждаются возможности стабилизации несущей частоты узкополосного однофотонного источника на основе противонаправленного параметрического рассеяния.
Бесплатно
Четырёхволновое взаимодействие на резонансной и тепловой нелинейностях
Статья научная
В рамках скалярной теории исследовано взаимодействие четырёх монохроматических волн в схеме со встречными волнами накачки с учётом двух типов нелинейности: резонансной и тепловой. Получены зависимости модуля амплитуды объектной волны от толщины нелинейного слоя при условии неизменности температуры на гранях нелинейного слоя. В приближении плоских волн накачки исследована угловая зависимость амплитуды объектной волны.
Бесплатно
Четырёхволновое взаимодействие на тепловой нелинейности в схеме с положительной обратной связью
Статья научная
Рассмотрено влияние обратной связи, осуществляемой по сигнальной и объектной волнам, на амплитудный коэффициент отражения четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности. Получены и проанализированы зависимости коэффициента отражения четырёхволнового преобразователя от интенсивности волн накачки и параметров кольцевого резонатора, реализующего обратную связь. Показано, что использование резонатора кольцевого типа позволяет в несколько раз повысить значения коэффициента отражения четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено влияние коэффициента отражения на качество обращения волнового фронта при четырёхволновом взаимодействии на тепловой нелинейности. Показано, что при равных интенсивностях волн накачки с ростом коэффициента отражения ширина пространственного спектра четырёхволнового преобразователя излучения уменьшается. При различных соотношениях между амплитудами волн накачки получены зависимости коэффициента отражения объектной волны, ширины пространственного спектра объектной волны, коэффициента преобразования сигнальной волны от интенсивности волн накачки.
Бесплатно
Четырёхзонный отражающий азимутальный микрополяризатор
Статья научная
В работе был рассчитан и изготовлен 4-зонный бинарный субволновый отражающий микропреобразователь поляризации с размерами 100×100 мкм. Микропреобразователь был синтезирован методом электронно-лучевой литографии в плёнке золота. Численно с помощью FDTD-метода и экспериментально было показано, что изготовленный микрополяризатор преобразует падающий на него линейно-поляризованный Гауссов пучок с длиной волны 532 нм в азимутально-поляризованный пучок.
Бесплатно
Четырёхзонный пропускающий азимутальный микрополяризатор с фазовым сдвигом
Статья научная
Изготовлен и исследуется бинарный субволновый четырёхзонный пропускающий элемент фотоники с метаповерхностью для одновременного управления поляризацией и фазой лазерного пучка. Элемент выполнен в плёнке кремния на стекле и преобразует в ближней зоне падающий линейно-поляризованный лазерный пучок в пучок, близкий к азимутально-поляризованному пучку, но со сдвигом фазы на π в диаметрально противоположных точках пучка. В дальней зоне преобразованный пучок формирует на оптической оси не минимум, как азимутально-поляризованный пучок, а максимум интенсивности.
Бесплатно
Четырёхсекторный преобразователь поляризации, интегрированный в кристалл кальцита
Статья научная
Предложен новый подход к реализации секторных пластин для преобразования поляризационного состояния пучков. Разработана и реализована технология травления кристалла кальцита для интегрирования в него четырёхсекторного преобразователя поляризации. Экспериментально реализован и исследован четырёхсекторный преобразователь поляризации, обеспечивающий попарное ортогональное поляризационное состояние секторов. Проведено сравнение стыков секторов интегрированного преобразователя со стыками секторов из отдельных фрагментов волновых пластин. Проведён анализ спектральных свойств такого преобразователя, определены длины волн, при которых происходит нужное преобразование. Экспериментально показано, что квазипериодическое повторение условий соответствия фазовой задержки замедляется при увеличении длины волны.
Бесплатно
Численная фокусировка и поле зрения в интерференционной микроскопии
Статья научная
Представлен анализ эффектов, возникающих на краях поля зрения при численно сфокусированной визуализации оптически расфокусированных объектов в системах интерференционной микроскопии с пространственно когерентным освещением объекта. Получены выражения, описывающие границы областей различного типа в численно сфокусированных изображениях в зависимости от параметров дефокусировки. Получены выражения для оценки допустимых пределов дефокусировки при численно сфокусированной визуализации. Проведено экспериментальное исследование эффектов, возникающих на краях поля зрения при численно сфокусированной визуализации оптически расфокусированных объектов в цифровом голографическом микроскопе с освещением на пропускание.
Бесплатно
