Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
Предложен новый вид лучевого отображения в задаче расчёта преломляющих оптических элементов для формирования заданных двумерных распределений интенсивности. Предложенное отображение позволяет свести расчет преломляющего оптического элемента к решению обыкновенных дифференциальных уравнений 1-го порядка, разрешенных относительно производной. Результаты расчета показывают высокие рабочие характеристики предложенного метода. При формировании прямоугольных равномерных распределений интенсивности с размерами от 80°×1° до 40°×20° относительная среднеквадратичная ошибка формирования заданной интенсивности не превышает 15 %.
Бесплатно
Статья научная
Предложен метод аналитического исследования металлической пленки, перфорированной цилиндрическими наноотверстиями, как основы метаповерхности. Формулы полностью определяют электромагнитное поле рассеянной на отверстии плоской волны на любом расстоянии от поверхности. Произведен расчет по аналитическим формулам спектров пропускания и поглощения исследуемой структуры, а также зависимости фазы рассеянной волны от радиуса отверстия. Результаты расчета согласуются с литературными данными расчета эффективности фотодетектора на основе полупроводниковой слоистой среды с квантовыми точками и интервала изменения фазы света, рассеянного на метаатомах, необходимого для создания линзы.
Бесплатно
Аналитический расчёт преломляющих оптических элементов для фокусировки в кривую
Статья научная
Разработан метод расчёта преломляющего оптического элемента для фокусировки светового пучка с плоским волновым фронтом в кривую заданной формы. Получено общее представление поверхности оптического элемента в виде огибающей семейства гиперболоидов вращения, каждый из которых фокусирует падающий пучок в точку на линии. Расчёт параметров гиперболоидов из условия формирования заданного распределения освещённости вдоль кривой сведён к решению обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка, разрешённого относительно производной. Предложено применение разработанного метода для фокусировки в набор точек на кривой. Рассчитаны оптические элементы для фокусировки в отрезок, в кривую, состоящую из двух дуг окружности, а также в наборы точек, расположенные на отрезке и дугах окружностей.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен расчёт преломляющей поверхности для формирования однопараметрической диаграммы направленности при освещающем пучке с плоским волновым фронтом. Расчёт поверхности оптического элемента при произвольном виде диаграммы направленности сведён к последовательному решению двух дифференциальных уравнений первого порядка, разрешённых относительно производной. Рассчитаны оптические элементы для формирования диаграммы направленности различной формы (отрезок, дуга окружности, композиция из двух дуг окружностей). Представленные результаты моделирования работы рассчитанных элементов показывают высокое качество формируемых диаграмм направленности.
Бесплатно
Статья научная
Получено аналитическое выражение для составляющих вектора напряженности электрического поля для лазерных пучков с радиальной и азимутальной поляризациями, которые ранее были получены экспериментально [Appl. Opt., 1993. - Vol. 32. - No. 27. - P. 5222-5228]. С помощью программного пакета FullWAVE, реализующего FDTD-метод решения уравнений Максвелла, промоделировано преобразование линейно поляризованного света в радиально или азимутально поляризованный свет с помощью бинарного ДОЭ, состоящего из четырех секторов субволновой дифракционной решетки, линии в которых направлены под углом 45° друг к другу. Показано, что световое поле становится радиально-поляризованным на расстоянии двух длин волн от ДОЭ.
Бесплатно
Аналог интеграла Рэлея-Зоммерфельда для анизотропной и гиротропной сред
Статья научная
В работе интегральные представления решений системы уравнений Максвелла для анизотропных и гиротропных сред с разделимостью продольных и поперечных компонент записаны в завершённой аналитической форме. В частных случаях полученные интегральные выражения сведены к аналогу интеграла Рэлея-Зоммерфельда.
Бесплатно
Статья научная
Предложен метод аппроксимации потока излучения в конусе с заданным углом раствора в зоне Фраунгофера путём замены производной от автокорреляционной функции на модельную функцию. Выбор свободных параметров модели обеспечивает правильное разложение функции потока в начале координат и на бесконечности (по углу) и хорошую аппроксимацию её в промежуточной области.
Бесплатно
Асимметричные лазерные гипергеометрические пучки
Статья научная
Рассмотрены асимметричные пучки Куммера (аК-пучки), скалярная комплексная амплитуда которых пропорциональна функции Куммера (вырожденной гипергеометрической функции). Эти пучки являются точным решением параксиального уравнения распространения (уравнения типа Шредингера) и получаются из обычных симметричных гипергеометрических пучков путём комплексного смещения координат. При распространении аК-пучки слабо изменяют свою интенсивность и вращаются вокруг оптической оси. Эти пучки -пример вихревых лазерных пучков с дробным орбитальным угловым моментом, величина которого зависит от четырёх параметров: топологического заряда вихря, величины смещения, параметра логарифмического аксикона и степени радиального сомножителя. Изменяя эти параметры, можно управлять орбитальным угловым моментом пучка: непрерывно увеличивать или уменьшать его.
Бесплатно
Асимптотический метод расчета поля от оптических элементов, обладающих зонной структурой
Статья научная
Представлен новый асимптотический метод решения задачи дифракции света на дифракционных оптических элементах (ДОЭ) с зонной структурой. Метод включает строгое решение задачи дифракции на периодической структуре с периодом, сравнимым с длиной волны, и асимптотический подход к расчету поля за ДОЭ. Получено решение задачи дифракции света на эталонной квазипериодической структуре, сочетающей в себе функции дифракционной решетки и дифракционной линзы. На основе решения эталонной задачи получена простая аппроксимация для поля непосредственно за ДОЭ.
Бесплатно
Асимптотический метод решения задач дифракции на непериодических структурах
Статья научная
Предложен асимптотический метод расчета комплексной амплитуды поля в случае дифракции на непериодических структурах, обладающих зонной структурой. Новизна состоит в разложении решения интегрального уравнения по базису, который получается при решении задачи прохождения ДОЭ в рамках геометрической оптики и переходит в базис плоских волн, используемый при расчете дифракционных решеток. Представлены результаты фокусировки в точку с помощью градиентного дифракционного оптического элемента, имеющего зонную структуру. Результаты моделирования подтверждают работоспособность предложенного метода.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрено асимптотическое поведение орбитального углового момента для светового поля как суперпозиции пучков Эрмита-Гаусса. Получены аналитические выражения, описывающие асимптотическое поведение орбитального углового момента такого поля. Найдены экстремальные значения орбитального углового момента для суперпозиции из двух, трёх и четырёх мод Эрмита-Гаусса при сохранении структурной устойчивости самого светового поля.
Бесплатно
Астигматическое преобразование краевой дислокации дробного порядка
Статья научная
Теоретически показано, что астигматическое преобразование краевой дислокации (прямой линии нулевой интенсивности) порядка n +a (действительное положительное число, n - целое число, 0
Бесплатно
Астигматическое преобразование набора краевых дислокаций, внедренных в гауссов пучок
Статья научная
Теоретически показано, как Гауссов пучок c конечным числом параллельных линий нулей интенсивности (краевых дислокаций) с помощью цилиндрической линзы преобразуется в вихревой пучок, имеющий орбитальный угловой момент и топологический заряд. Причем в начальной плоскости у такого пучка уже есть орбитальный угловой момент, но нет топологического заряда, который появляется только при распространении в свободном пространстве. На примере двух параллельных линий нулей интенсивности, симметрично расположенных относительно центра, показана динамика формирования двух нулей интенсивности на двойном фокусном расстоянии: при увеличении расстояния между вертикальными линиями нулей интенсивности два оптических вихря формируются сначала на горизонтальной оси, потом сходятся в центр, а затем расходятся, но уже по вертикальной оси. Топологический заряд такого оптического вихря при любом расстоянии между линиями нулей равен - 2. Причем на любом расстоянии по оптической оси, кроме начальной плоскости. При изменении расстояния между линиями нулей интенсивности меняется орбитальный угловой момент пучка. Он может быть отрицательным, положительным и при определенном расстоянии между линиями нулей интенсивности орбитальный угловой момент может быть равен нулю. Показано также, что в случае неограниченного числа линий нулевой интенсивности формируется пучок с конечным орбитальным угловым моментом и с бесконечным топологическим зарядом.
Бесплатно
Ахроматизированные дифракционно-рефракционные объективы EUV-диапазона
Статья научная
Приведена дисперсионная модель оптического материала, позволяющая использовать хорошо зарекомендовавшие себя программные продукты расчёта оптических систем в EUV-диапазоне. Рассчитаны и исследованы фотолитографические дифракционно-рефракционные объективы, ахроматизация которых достигается с помощью дифракционно-рефракционного корректора, включающего рефракционную линзу Френеля. Показано, что такие объективы по совокупности основных характеристик являются конкурентоспособными по отношению к зеркальным объективам, которые ещё совсем недавно в EUV-диапазоне считались безальтернативными.
Бесплатно
Ахроматизированные дифракционные и дифракционно-рефракционные системы рентгеновского диапазона
Статья научная
Проанализированы возможности и определены условия ахроматизации дифракционных и дифракционно-рефракционных систем рентгеновского диапазона. Произведена оценка качества фокусировки при достижении строгой и частичной ахроматизации. Результаты оценки сопоставлены с возможностями одиночной дифракционной линзы.
Бесплатно
Бездифракционные асимметричные элегантные пучки Бесселя c дробным орбитальным угловым моментом
Статья научная
Рассмотрено новое семейство бездифракционных асимметричных элегантных пучков Бесселя (ЭБ-пучки) с дробным орбитальным угловым моментом (ОУМ). ЭБ-пучки являются модами свободного пространства и описываются функцией Бесселя первого рода n -го порядка с комплексным аргументом. Функции, описывающие комплексные амплитуды ЭБ-пучков, ортогональны по вещественному параметру (масштабирующему множителю) и не ортогональны по целому параметру (топологическому заряду). Распределение интенсивности ЭБ-пучков имеет счётное число изолированных нулей, расположенных на горизонтальной оси и порождающих оптические вихри с единичным топологическим зарядом и противоположными знаками с разных сторон от начала координат. Изолированный ноль интенсивности на оптической оси порождает оптический вихрь с топологическим зарядом n. ОУМ ЭБ-пучков на один фотон равен ħ( n +0,69777), где ħ - постоянная Планка.
Бесплатно
Бездифракционные пучки Ломмеля
Статья научная
Рассмотрено непараксиальное семейство бездифракционных лазерных пучков, комплексная амплитуда которых пропорциональна функции Ломмеля двух переменных n-го порядка. Поэтому они названы пучками Ломмеля (Л-пучки). Получены явные аналитические выражения для углового спектра плоских волн и орбитального углового момента для Л-пучков. Поперечная интенсивность Л-пучков обладает зеркальной симметрией по отношению к осям декартовых координат. Так как Л-пучки сохраняют поперечную интенсивность при распространении, то они являются модами свободного пространства (Л-моды). Чётные (n = 2p) и нечётные (n = 2p + 1) Л-моды взаимно ортогональны. При определённом параметре Л-моды переходят в обычные моды Бесселя.
Бесплатно
Бесконтактный экспресс-контроль взаимного положения рельсов железнодорожной колеи
Статья научная
В работе рассмотрено устройство контроля линейного вертикального, линейного поперечного горизонтального и углового перемещений, а также ширины верха головки рельса. Предложены матричная компоновка и синфазное возбуждение вихретоковых преобразователей, позволяющие создать общее электромагнитное поле, обеспечивающее контроль в широком диапазоне изменения геометрических параметров. Методика распознавания электромагнитного образа рельса основана на селекции контролируемых факторов с помощью цифровой обработки измерительных сигналов.
Бесплатно
Бинарная линза: исследование локальных фокусов
Статья научная
В рамках скалярной теории выполнен анализ осевого распределения, формируемого бинарной линзой (зонной пластинкой). Аналитически показано, что для линз с невысокой числовой апертурой, несколько локальных фокусов, следующих сразу за основным, имеют интенсивность, близкую к интенсивности основного фокуса за счет пропорционального уменьшения поперечных размеров локальных фокусов. В области же близкой к оптическому элементу, где перестает действовать параксиальное приближение, поперечный размер фокальных пятен перестает уменьшаться и, соответственно, интенсивность падает пропорционально квадрату номера фокуса. Численные и экспериментальные результаты показывают соответствие аналитическим выкладкам.
Бесплатно
![Бинарные дифракционные решётки для управления поляризацией и фокусировкой лазерного света [обзор]](/file/thumb/140228610/binarnye-difrakcionnye-reshjotki-dlja-upravlenija-poljarizaciej-i-fokusirovkoj.png "Бинарные дифракционные решётки для управления поляризацией и фокусировкой лазерного света [обзор]")
Бинарные дифракционные решётки для управления поляризацией и фокусировкой лазерного света [обзор]
Статья научная
Рассмотрены компоненты тонкой микрооптики с наноструктурированной поверхностью для управления поляризацией и фазой лазерного излучения. Такие компоненты включают пропускающие или отражающие свет субволновые дифракционные решётки, локально меняющие свое направление и фактор заполнения, но примерно сохраняющие период и глубину рельефа, детали которого могут составлять десятки и сотни нанометров для видимого диапазона длин волн. Детально анализируются малосекторные дифракционные поляризаторы, преобразующие линейную поляризацию в радиальную или азимутальную, а также субволновые бинарные микролинзы для острой фокусировки лазерного света. Приводятся примеры конкретных микрополяризаторов и металинз, изготовленных в плёнках аморфного кремния.
Бесплатно
