Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика

Публикации в рубрике (966): Дифракционная оптика, оптические технологии
все рубрики
Вариационная интерпретация задачи расчёта функции эйконала из условия формирования заданного распределения освещённости

Вариационная интерпретация задачи расчёта функции эйконала из условия формирования заданного распределения освещённости

Мингазов Альберт Айдарович, Быков Дмитрий Александрович, Досколович Леонид Леонидович, Казанский Николай Львович

Статья научная

Задача расчёта функции эйконала светового поля, заданной на некоторой поверхности, из условия формирования заданного распределения освещённости на некоторой другой заданной поверхности сформулирована как задача Монжа - Канторовича о перемещении масс. Получено, что функция стоимости в задаче о перемещении масс соответствует расстоянию между точкой исходной поверхности, на которой задана функция эйконала, и точкой поверхности, на которой требуется сформировать заданное распределение освещённости. Получено аналитическое выражение для градиента «функционала стоимости», описывающего задачу о перемещении масс. Это позволяет использовать для расчёта функции эйконала методы градиентного спуска.

Бесплатно

Вариационный подход к расчёту функции эйконала

Вариационный подход к расчёту функции эйконала

Досколович Леонид Леонидович, Мингазов Альберт Айдарович, Быков Дмитрий Александрович, Андреев Евгений Сергеевич

Статья научная

Задача расчёта функции эйконала из условия фокусировки в заданную область сформулирована как вариационная задача и как задача Монжа-Канторовича о перемещении масс. Получено, что функция стоимости в задаче Монжа-Канторовича соответствует расстоянию между точкой исходной области, в которой задана функция эйконала, и точкой области фокусировки. Предложенный в работе формализм позволяет свести расчёт функции эйконала к решению задачи линейного программирования. При этом расчёт «лучевого отображения», соответствующего функции эйконала, сводится к решению линейной задачи о назначениях. Предложенные вариационные подходы проиллюстрированы на примере расчёта оптических элементов для фокусировки пучка круглого сечения в прямоугольную область.

Бесплатно

Векторизация метода распространяющегося пучка и его реализация по технологии CUDA

Векторизация метода распространяющегося пучка и его реализация по технологии CUDA

Алексеев Вадим Александрович, Головашкин Димитрий Львович

Статья научная

Разработан векторный алгоритм метода решения уравнения Гельмгольца (BPM подход), основанный на представлении вычислений в модели SIMD (Single Instruction, Multiple Data). Реализация данного алгоритма на графическом процессоре NVIDIA GeForce GTS 250 по технологии CUDA продемонстрировала ускорение вычислений в 22,5 раза по сравнению с расчетами на центральном процессоре Intel Core Duo E7500.

Бесплатно

Векторные лазерные пучки Ханкеля с орбитальным угловым моментом

Векторные лазерные пучки Ханкеля с орбитальным угловым моментом

Котляр Виктор Викторович, Ковалв Алексей Андреевич

Статья научная

Получены в явном виде амплитуды всех проекций векторов напряжённости электрического и магнитного полей для семейства векторных непараксиальных вихревых пучков Ханкеля с линейной поляризацией. Тем самым получены в замкнутой аналитической форме выражения для проекций вектора Умова-Пойнтинга и вектора углового момента. До сих пор только для непараксиальных векторных пучков Бесселя и параксиальных векторных пучков Лагерра-Гаусса были аналитически получены проекции этих векторов.

Бесплатно

Векторный анализ интерференции парных компланарных пучков с линейной или круговой поляризацией

Векторный анализ интерференции парных компланарных пучков с линейной или круговой поляризацией

Хонина С.Н., Устинов А.В., Порфирьев А.П.

Статья научная

В работе с помощью формализма фокусировки Ричардса–Вольфа численно исследована многолучевая интерференция двух и четырёх световых пучков с линейной или круговой поляризацией с различной ортогональностью и ориентацией вектора поляризации. Показана возможность формирования световых полей с периодически повторяющейся структурой поляризации. В частности, установлено, что при фокусировке четырёх равноудалённых от оптической оси пучков с изменяющейся ориентацией линейной поляризации, имитирующей изменение вектора поляризации в одиночном радиально или азимутально поляризованном пучке, формируются периодические световые поля. Поляризационное распределение таких полей фактически представляет собой набор поляризационных сингулярностей, соответствующих радиально и азимутально поляризованным пучкам. Предложенный подход не требует изготовления сложных субволновых решёток, элементов на их основе или модового сложения световых полей за счёт дифракционных оптических элементов или пространственных модуляторов света. Сформированные световые поля позволяют существенно ускорить процесс лазерной обработки тонких плёнок светочувствительных материалов с целью создания массивов различных упорядоченных нано- и микроструктур.

Бесплатно

Визуальная оценка влияния побочных дифракционных порядков на качество изображения, формируемого рефракционно-дифракционной оптической системой

Визуальная оценка влияния побочных дифракционных порядков на качество изображения, формируемого рефракционно-дифракционной оптической системой

Грейсух Григорий Исаевич, Ежов Евгений Григорьевич, Казин Сергей Владимирович, Сидякина Зоя Александровна, Степанов Сергей Алексеевич

Статья научная

Исследовано влияние побочных дифракционных порядков на визуально оцениваемое качество изображения, формируемого рефракционно-дифракционной оптической системой. Показано, что если микроструктура дифракционной линзы, используемой в оптической системе, имеет пилообразный профиль, а вариации яркостей регистрируемых системой сцен не являются экстремальными, то побочные дифракционные порядки практически не снижают частотно-контрастную характеристику системы, а гало не оказывает сколь-нибудь существенного негативного влияния на визуальное восприятие изображения.

Бесплатно

Вихревой Фурье-инвариантный пучок Лагерра-Гаусса в квадрате

Вихревой Фурье-инвариантный пучок Лагерра-Гаусса в квадрате

Козлова Елена Сергеевна, Савельева Александра Александровна, Ковалев Алексей Андреевич, Котляр Виктор Викторович

Статья научная

Показано, что вихревой пучок Лагерра-Гаусса «в квадрате» является Фурье-инвариантным и сохраняет свою структуру в фокусе сферической линзы. В зоне дифракции Френеля такой пучок преобразуется в суперпозицию обычных пучков Лагерра-Гаусса, число которых равно числу колец у пучка Лагерра-Гаусса «в квадрате». Если кольцо всего одно, то пучок является структурно стабильным. Также рассмотрен более общий пучок, являющийся «произведением» двух пучков Лагерра-Гаусса. Такой пучок будет Фурье-инвариантным, если число колец у двух пучков Лагерра-Гаусса в «произведении» одинаковое. Рассмотренные пучки дополняют хорошо известный базис пучков Лагерра-Гаусса, которые интенсивно изучаются в связи с их устойчивостью при распространении в турбулентной среде.

Бесплатно

Вихревой поток энергии в остром фокусе безвихревого поля с круговой поляризацией

Вихревой поток энергии в остром фокусе безвихревого поля с круговой поляризацией

Котляр Виктор Викторович, Стафеев Сергей Сергеевич, Налимов Антон Геннадьевич

Статья научная

С помощью формул Ричардса - Вольфа показано, что при острой фокусировке безвихревого поля с осевой симметрией (например, пучка Гаусса или пучка Бесселя - Гаусса нулевого порядка) и круговой поляризацией в фокальной плоскости формируется субволновое фокусное пятно, вокруг которого поток энергии распространяется по спирали. Это объясняется преобразованием круговой поляризации (спиновый угловой момент поля) в орбитальный угловой момент вблизи фокуса, хотя на самой оптической оси орбитальный угловой момент равен нулю. Также показано, что оптический вихрь с топологическим зарядом 2 и линейной поляризацией формирует вблизи фокальной плоскости на оптической оси обратный поток энергии (продольная компонента вектора Пойнтинга на оптической оси отрицательная), сравнимый с прямым потоком.

Бесплатно

Вихревые векторные пучки Ханкеля с круговой поляризацией

Вихревые векторные пучки Ханкеля с круговой поляризацией

Котляр Виктор Викторович, Ковалв Алексей Андреевич, Волынов Максим Алексеевич

Статья научная

Рассмотрены векторные пучки Ханкеля с круговой поляризацией. Эти пучки являются обобщением сферической волны, в которую внедрен оптический вихрь. Получены явные аналитические выражения для всех шести проекций электрического и магнитного векторов напряженности электромагнитного поля. Эти выражения точно удовлетворяют системе уравнений Максвелла. Показано отличие в характере распространения в пространстве для пучков Ханкеля с левой и правой круговыми поляризациями. Получены также выражения в дальней зоне дифракции для проекций векторов Умова-Пойнтинга и углового момента.

Бесплатно

Вихревые дифракционные линзы для формирования вихревых световых пучков

Вихревые дифракционные линзы для формирования вихревых световых пучков

Скиданов Роман Васильевич, Ганчевская София Владиславовна

Статья научная

Рассмотрено формирование вихревых световых пучков с помощью вихревой параболической линзы. Показано, что при формировании такого пучка складываются топологические заряды структуры вихревой линзы и топологические заряды отдельных зон вихревой линзы.

Бесплатно

Вихревые лазерные пучки, комплексная амплитуда которых пропорциональна произведению двух функций Бесселя

Вихревые лазерные пучки, комплексная амплитуда которых пропорциональна произведению двух функций Бесселя

Котляр В.В., Абрамочкин Е.Г., Ковалев А.А., Козлова Е.С.

Статья научная

Рассмотрены вихревые пучки, комплексная амплитуда которых выражается в виде произведения функции Гаусса и двух функций Бесселя со сложной корневой зависимостью аргументов от цилиндрических координат и постоянного параметра, который определяет вид распределения интенсивности. Такие пучки можно назвать пучками Бесселя–Бесселя–Гаусса. Найден явный вид комплексной амплитуды таких пучков на любом расстоянии от перетяжки. Показано, что пучки Бесселя–Бесселя–Гаусса обладают аномально большой скоростью вращения: на расстоянии много меньшем длины Рэлея интенсивность поворачивается почти на 45 градусов. Показано также, что с помощью параметра можно управлять величиной топологического заряда пучка Бесселя–Бесселя–Гаусса: с увеличением положительного значения параметра топологический заряд пучка увеличивается скачками на четное число. Рассмотрены еще два других варианта пучков Бесселя–Бесселя–Гаусса.

Бесплатно

Влияние дискретности синтезированных и цифровых голограмм на их изображающие свойства

Влияние дискретности синтезированных и цифровых голограмм на их изображающие свойства

Корешев Сергей Николаевич, Смородинов Денис Сергеевич, Никаноров Олег Викторович

Статья научная

Приведены результаты исследования влияния дискретности синтезированных и цифровых голограмм на их изображающие свойства, т.е. на структуру и качество восстанавливаемого с их помощью изображения. Установлены и обоснованы требования, обеспечивающие идентичность структур объекта и восстановленного изображения и предъявляемые к соотношениям между основными параметрами синтеза или регистрации дискретной голограммы - рабочей длиной волны, углом падения опорной волны, минимальным размером элемента, структурой объекта и периодом дискретизации голограммы. Рассмотрена возможность смягчения указанных требований, обеспечиваемая либо модификацией структуры голограммы, либо использованием характерного для дискретных структур эффекта подмены частот.

Бесплатно

Влияние длины волны на распространение мощных фемтосекундных лазерных импульсов в алмазе

Влияние длины волны на распространение мощных фемтосекундных лазерных импульсов в алмазе

Кононенко Т.В., Заведеев Е.В., Ашиккалиева К.Х., Конов В.И.

Статья научная

Проведено численное моделирование распространения мощных фемтосекундных лазерных пучков в кристалле алмаза в режиме самофокусировки. Длина волны моделируемых пучков варьировалась в широком диапазоне (400 нм, 532 нм, 800 нм и 1064 нм), который охватывает наиболее распространённые ультракороткие лазерные системы. Для всех длин волн обнаружено ограничение роста плотности лазерной энергии внутри алмазного кристалла при увеличении энергии импульса. Данный эффект имеет определенное сходство с эффектом оптического лимитирования в лазерных филаментах, однако проявляется вне зоны формирования филамента и способен приводить к выравниванию плотности лазерной энергии, а также электронной плотности внутри обширной предфокальной области.

Бесплатно

Влияние дополнительной фазовой модуляции амплитудных жидкокристаллических ПВМС на характеристики распознавания изображений в инвариантном оптико-цифровом корреляторе

Влияние дополнительной фазовой модуляции амплитудных жидкокристаллических ПВМС на характеристики распознавания изображений в инвариантном оптико-цифровом корреляторе

Гончаров Дмитрий Сергеевич, Евтихиев Николай Николаевич, Краснов Виталий Вячеславович, Пономарев Николай Михайлович, Стариков Ростислав Сергеевич

Статья научная

В работе представлены результаты измерения характеристик дополнительной фазовой модуляции серийного амплитудного жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света HoloEye LC 2002. Получена зависимость величины вносимого фазового сдвига данного жидкокристаллического пространственно-временного модулятора от поданного на него сигнала, определяющего амплитудное пропускание. Выполнено математическое моделирование работы инвариантного дифракционного оптико-цифрового коррелятора на базе жидкокристаллического пространственно-временного модулятора с фазовым сдвигом, зависящим от амплитуды в соответствии с измеренными ранее данными. Для обеспечения инвариантности корреляционного распознавания использованы два типа корреляционных фильтров - оптимальный компромиссный фильтр с максимальной средней высотой корреляционного пика и фильтр с минимумом шума и энергии корреляции. Предложен метод оптимизации корреляционных фильтров с целью компенсации ошибки распознавания, обусловленной наличием дополнительной фазовой модуляции, позволяющий в ряде случаев не только компенсировать, но и уменьшить ошибку распознавания.

Бесплатно

Влияние изменения кривизны преломляющих поверхностей глаза на качество изображения на сетчатке в модели Лиоу-Бреннана

Влияние изменения кривизны преломляющих поверхностей глаза на качество изображения на сетчатке в модели Лиоу-Бреннана

Дегтярев Сергей Александрович, Карсаков Алексей Владиславович, Бранчевская Екатерина Сергеевна, Хонина Светлана Николаевна, Котляр Виктор Викторович

Статья научная

В работе с помощью пакета Zemax исследовались аберрации волнового фронта, возникающие в изображении при изменении кривизны поверхности роговицы человеческого глаза. Использовалась модель глаза Лиоу-Бреннана. Кривизна поверхностей и аберрации волнового фронта в данной работе описывались полиномами Цернике. Показана возможность компенсации аберраций дефокусировки и астигматизма путём внесения в кривизну передней поверхности роговицы соответствующих полиномов.

Бесплатно

Влияние коэффициента отражения на пространственную селективность четырёхволнового преобразователя излучения в прозрачной среде с учётом электрострикции и эффекта Дюфура

Влияние коэффициента отражения на пространственную селективность четырёхволнового преобразователя излучения в прозрачной среде с учётом электрострикции и эффекта Дюфура

Ивахник Валерий Владимирович, Савельев Максим Валерьевич

Статья научная

Проведён анализ пространственной селективности вырожденного четырёхволнового преобразователя излучения в прозрачной двухкомпонентной среде с учётом электрострикции и эффекта Дюфура в зависимости от коэффициента отражения. Показано наличие корреляции зависимостей коэффициента отражения и полуширины полосы не отражённых таким преобразователем пространственных частот от интенсивности волн накачки.

Бесплатно

Влияние метода синтеза голограмм-проекторов и распределения фазы в плоскости объекта на качество восстановленного изображения

Влияние метода синтеза голограмм-проекторов и распределения фазы в плоскости объекта на качество восстановленного изображения

Корешев Сергей Николаевич, Смородинов Денис Сергеевич, Старовойтов Сергей Олегович

Статья научная

Приведены результаты исследования влияния метода синтеза голограмм, а также используемого при описании объектной волны распределения фазы в плоскости объекта на качество восстановленного изображения. Работа выполнена методом численных экспериментов применительно к синтезу голограмм-проекторов двумерных амплитудных бинарных транспарантов - фотошаблонов, предназначаемых для использования при реализации метода голографической фотолитографии. Рассмотрены два метода синтеза голограмм: метод, основанный на принципе Гюйгенса, и метод таблиц соответствия. Продемонстрировано влияние фазовых масок, установленных в освещающую объект волну, на качество восстановленного изображения.

Бесплатно

Влияние намагниченности слоёв магнитооптической структуры на отражение электромагнитных волн

Влияние намагниченности слоёв магнитооптической структуры на отражение электромагнитных волн

Глущенко Александр Григорьевич, Гончарова Галина Николаевна, Казанский Николай Львович, Toporkova Lubov Vladimirovna

Статья научная

Рассматривается взаимодействие света с многослойной магнитооптической структурой, каждый слой которой имеет индивидуальное направление вектора намагниченности. Используется матричный метод расчёта коэффициентов прохождения и отражения света с учётом неоднородности параметров среды. Проведена оценка влияния неоднородности намагниченности на спектральные характеристики коэффициентов отражения и прохождения.

Бесплатно

Влияние поворота и расходимости волн накачки на пространственную селективность четырёхволнового преобразователя излучения в прозрачной двухкомпонентной среде

Влияние поворота и расходимости волн накачки на пространственную селективность четырёхволнового преобразователя излучения в прозрачной двухкомпонентной среде

Ивахник Валерий Владимирович, Савельев Максим Валерьевич

Статья научная

Проведён анализ пространственной селективности вырожденного четырёхволнового преобразователя излучения в прозрачной двухкомпонентной среде с учётом электрострикции и эффекта Дюфура в зависимости от поворота и расходимости волн накачки. Получены выражения, связывающие ширину полосы наиболее эффективно преобразуемых пространственных частот с углом поворота и расходимостью волн накачки.

Бесплатно

Влияние погрешностей изготовления секторной металинзы на результаты фокусировки

Влияние погрешностей изготовления секторной металинзы на результаты фокусировки

Стафеев Сергей Сергеевич, Налимов Антон Геннадьевич, Офаолейн Лиам Уильям Веллан-Куртин, Котляр Мария Викторовна

Статья научная

В статье показано, что 16-секторная металинза, преобразующая линейно-поляризованный свет в азимутально-поляризованный вихрь, при освещении её светом с линейной поляризацией формирует субволновое фокусное пятно с размерами по полуспаду интенсивности вдоль обеих осей, равными 0,75 от длины волны фокусируемого света. Было показано, что результаты фокусировки металинзой чувствительны к отклонению фактического рельефа от расчётного. В частности, изменение высоты рельефа приводит к отсутствию обратного потока энергии в фокусном пятне при освещении металинзы светом с круговой поляризацией.

Бесплатно

Журнал