Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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
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
Влияние поперечной деформации фотонно-кристаллического волокна на его спектральные характеристики
Статья научная
При помощи численного моделирования рассмотрено распространение света в цельностеклянном фотонно-кристаллическом волокне. Проведено сравнение спектральных характеристик волокна с идеализированной гексагональной структурой и волокна с деформациями поперечного профиля. В расчётах использовались методы, основанные на пространственном преобразовании Фурье. Показана возможность совместного возбуждения мод полного внутреннего отражения и основной моды фотонной запрещённой зоны. Деформация структуры фотонно-кристаллического волокна приводит к сдвигу и сужению фотонной запрещённой зоны. Возбуждение мод полного внутреннего отражения приводит к росту поглощения на границах спектральной полосы пропускания волокна.
Бесплатно
Статья научная
В работе теоретически исследована динамика широкоапертурного полупроводникового поверхностно излучающего лазера с вертикальным резонатором (VCSEL) с учетом фактора Генри. Выполнен линейный анализ устойчивости пространственно-однородного режима генерации, и показано, что в таких лазерах развивается модуляционная неустойчивость. Определен минимальный размер апертуры, при которой начинает развиваться неустойчивость оптического поля. Результаты подтверждены численным решением системы дифференциальных уравнений. Показано, что подавление модуляционной неустойчивости может достигаться при инжекции в резонатор внешнего оптического излучения малой амплитуды.
Бесплатно
Статья научная
Методом функции размытия точки проанализировано качество обращения волнового фронта при вырожденном четырёхволновом взаимодействии на тепловой нелинейности в схеме с попутными волнами накачки с учётом их пространственной структуры. Показано, что в плоскости волн накачки ширина модуля функции размытия точки резко уменьшается с увеличением угла между плоскими волнами накачки. При фиксированном направлении распространения волн накачки учёт их расходимости приводит к дополнительному сужению модуля функции размытия точки.
Бесплатно
Статья научная
В статье приведены результаты численного расчёта огибающей и частотного профиля импульса при распространении в диспергирующей среде на примере распространения фемтосекундного импульса в плазме. Дано объяснение возникновению модуляции в нечётных порядках приближения теории дисперсии и исчезновению - в чётных порядках. Показано, что достаточным для проведения большинства расчётов переноса ультракоротких импульсов может считаться четвёртое приближение теории дисперсии.
Бесплатно
Статья научная
Все природные и искусственно изготовленные твердые микрочастицы имеют шероховатую поверхность. При рассеянии на таких частицах оптического излучения текстура поверхности, помимо геометрической формы рассеивателя, становится важным морфологическим фактором, определяющим его оптические свойства. Мы представляем результаты численного FDTD-моделирования фокусировки оптической волны диэлектрической микросферой со случайно сгенерированными шероховатостями поверхности. Рассмотрены варианты азимутально симметричных и несимметричных искажений поверхности частицы. Показано, что ключевые параметры ближнепольной фокальной области (интенсивность, продольный и поперечные размеры, фокусное расстояние) для так называемой фотонной наноструи оказываются чувствительными к изменению текстуры поверхности сферы. При этом наибольшим изменениям подвержены два параметра - пиковая интенсивность фотонной наноструи и ее протяженность. Исследовано влияние оптического контраста (относительного показателя преломления) рассеивающей излучение микросферы на характеристики фотонной наноструи, а также показана возможность снижения влияния шероховатостей поверхности на качество фокусировки ближнего оптического поля при обводнении микросфер.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлено методическое обеспечение работ с использованием разработанных автором новых методов спекл-голографии, внедренных в практику промышленных испытаний натурных авиаконструкций. Представлены новые методы регистрации спекл-голограмм сфокусированного изображения и во встречных пучках, а также способы расшифровки спекл-голограмм для измерения отдельных плоских и нормальных пространственных компонент деформаций и перемещений в промышленных испытаниях материалов и элементов натурных авиаконструкций при исследовании широкого спектра задач прочности и долговечности.
Бесплатно
Статья научная
В работе предлагается простой аналитический метод решения задачи о возбуждении поверхностных плазмон-поляритонов металлической наноантенной, расположенной вблизи поверхности металла. Метод основан на теореме взаимности и аналогичен нахождению амплитуд мод диэлектрических волноводов, возбуждаемых источниками тока. Для большей наглядности предлагаемый подход демонстрируется на примере наиболее простой двухмерной геометрии. Справедливость аналитического решения подтверждается результатами численного моделирования методами конечных разностей и конечных элементов.
Бесплатно
Статья научная
Экспериментально исследовано распространение различным образом структурированных вихревых пучков с длиной волны 1530 нм через случайную искажающую среду. Проанализировано влияние аэрозольной преграды на сцинтилляционный индекс пучка. Экспериментально исследована возможность корреляционного детектирования наличия вихревой фазы в условиях блужданий пучков, вызванных потоком теплого воздуха.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены три оптические системы, использующие дифракционные оптические элементы для генерации поверхностных плазмон-поляритонов с орбитальным угловым моментом на осесимметричных проводниках. Во всех трёх системах падающее излучение сначала преобразуется бинарными спиральными фазовыми аксиконами в совокупность сходящихся к оптической оси плоских волн. В зоне пересечения этих волн формируется «закрученный» Бесселев пучок. Подогнав диаметр первого кольца Бесселева пучка к диаметру цилиндрического проводника, можно генерировать вращающийся поверхностный плазмон-поляритон методом дифракции на краю ("end-fire coupling"). Использование дополнительной линзы позволяет преобразовать возбуждающий поверхностный плазмон-поляритон Бесселев пучок в закрученный кольцевой пучок, диаметр которого не зависит от топологического заряда пучка. В третьей схеме сходящиеся плоские волны «перехватываются» цилиндрической металлической дифракционной решёткой, формирующей закрученные поверхностные плазмон-поляритоны на присоединенном к решётке цилиндрическом проводнике. Приведены примеры возможного использования предлагаемых систем в экспериментах на терагерцовом лазере на свободных электронах.
Бесплатно
Волноводные моды в планарной структуре "графен-полупроводник-графен"
Статья научная
Исследуются волноводные режимы оптического диапазона в плёнке полупроводника с обкладками из графена. Показана зависимость модовых характеристик от химического потенциала графена и толщины плёнки. Построены дисперсионные зависимости для первых волноводных мод, частотные зависимости их групповой и фазовой скоростей, распределение плотности потока энергии в структуре. Показано наличие спектральных интервалов, в которых наблюдается малая фазовая и отрицательная групповая скорость волноводных мод. Установлена возможность перестройки волноводного режима за счёт изменения химического потенциала графена и толщины плёнки полупроводника.
Бесплатно
Восстановление альбедо поверхности по данным высокого пространственного разрешения
Статья научная
Представлены три пары формул; каждая пара состоит из формулы, выражающей коэффициент яркости в целевом пикселе на верхней границе атмосферы через значения альбедо в целевом и окружающем пикселях поверхности, и формулы, выражающей альбедо поверхности в целевом пикселе через значения коэффициентов яркости в пикселях на верхней границе атмосферы. Приведен вывод каждой пары формул; представлены предположения, при которых они получены. Формулы только одной пары находятся решением уравнения переноса излучения в одномерной геометрии. Формулы двух других пар включают величины, полученные решением уравнения переноса в трехмерной геометрии. Представлены результаты тестирования точности всех формул при решении задач атмосферной коррекции данных высокого (30 м) пространственного разрешения. Тестирование выполнено на задачах со слоем аэрозоля оптической толщины от 0,2 до 2 для длины волны l = 0,55 мкм и всевозможными значениями альбедо в целевом и окружающем пикселях (от 0,1 до 0,9). Показано, что только одна пара формул из трех обладает высокой точностью при всех условиях. Формулы двух других пар обладают приемлемой (до 10 %) точностью только при малых значениях аэрозольной оптической толщины и небольшом различии альбедо поверхности в целевом и окружающем пикселях.
Бесплатно
Статья научная
В статье решается задача восстановления спектров комбинационного рассеяния света в спектральном диапазоне 800-1050 нм, получаемых на макете статического фурье-спектрометра. Исследован характер искажений, вносимых оптической системой статического фурье-спектрометра. Предложен метод исправления оптических искажений. Метод апробирован на примере восстановления спектра монохроматического источника излучения. На основе анализа спектрограмм профилей интерференционных картин получена карта распределения периодов двумерной интерференционной картины. Построено отображение для исправления оптических искажений двумерной интерферограммы. Результаты исправления продемонстрированы на профилях интерференционных полос. В работе проведено сопоставление различных известных методов коррекции фазы с целью выявления оптимального способа для решаемой задачи. Предложен критерий соответствия восстановленных спектров эталонному спектру. В качестве эталонного использовался спектр комбинационного рассеяния света стильбена, зарегистрированного на дифракционном спектрометре с разрешением δν = 14 см-1.
Бесплатно
Вращающиеся элегантные пучки Бесселя-Гаусса
Статья научная
Рассмотрено новое трёхпараметрическое семейство вращающихся асимметричных пучков Бесселя-Гаусса (аБГ-пучки) с целым и дробным орбитальным угловым моментом (ОУМ). аБГ-пучки описываются произведением функции Гаусса и функции Бесселя первого рода n-го порядка с комплексным аргументом и имеют конечную энергию. Степень асимметрии аБГ-пучка зависит от вещественного параметра c ≥ 0: при с = 0 аБГ-пучок совпадает с обычным радиально-симметричным пучком Бесселя-Гаусса; с ростом c аБГ-пучок приобретает форму полумесяца и при c >> 1 вытягивается по вертикальной оси и смещается по горизонтальной оси. Распределение интенсивности асимметричных пучков Бесселя-Гаусса в начальной плоскости имеет счётное число изолированных нулей, расположенных на горизонтальной оси. На месте этих нулей находятся оптические вихри с единичными топологическими зарядами и противоположными знаками с разных сторон от начала координат. При распространении пучка центры этих вихрей вместе со всем пучком вращаются вокруг оптической оси с неравномерной скоростью (при большом с >> 1): на расстоянии, равном длине Рэлея, они повернутся на 45 градусов, и на остальном расстоянии - ещё на 45 градусов. При разных значениях параметра c нули интенсивности в поперечном распределении интенсивности пучка меняют свои местоположения и изменяют ОУМ пучка. Изолированный ноль интенсивности на оптической оси порождает оптический вихрь с топологическим зарядом n. Лазерный пучок в виде вращающегося полумесяца был сформирован с помощью модулятора света.
Бесплатно
Вращающийся по спирали обратный световой поток
Статья научная
С помощью формул Ричардса - Вольфа показано, что при острой фокусировке апланатической системой оптического вихря с топологическим зарядом 3 и с левой (противоположенной) круговой поляризацией в плоскости фокуса вблизи оптической оси имеет место обратный поток энергии (на самой оси он равен нулю), который по величине всего в 2-3 раза меньше, чем прямой поток энергии в фокусе. Показано также, что вблизи оптической оси обратный поток распространяется, вращаясь по спирали вокруг оптической оси против часовой стрелки. Наличие обратного потока вблизи оптической оси показано также с помощью моделирования FDTD-методом дифракции плоской волны с круговой поляризацией на спиральной зонной пластинке третьего порядка с числовой апертурой около 1. Рэлеевская микрочастица, захваченная в область такого фокуса, должна двигаться в обратном направлении по отношению к направлению распространения пучка.
Бесплатно
Вращение двухлепесткового лазерного пучка в ближнем поле вихревого микроаксикона
Статья научная
С помощью вихревого микроаксикона с топологическим зарядом 2 и числовой апертурой около 0,6, изготовленного по технологии электронной литографии для длины волны 532 нм, продемонстрировано формирование в ближней зоне (несколько микронов от поверхности микроаксикона) вращающегося двухлепесткового лазерного пучка, расчётная скорость вращения которого линейно зависит от расстояния и равна 55 °/мкм (теоретическая скорость 53 °/мкм) и экспериментальная скорость вращения только на некотором участке от 1,5 мкм до 3 мкм была линейной и совпадала с расчётной. На начальном участке от 0 до 1,5 мкм скорость была около 66 °/мкм, а на конечном участке трассы от 3 мкм до 4,5 мкм - 34 °/мкм. Достигнутая скорость вращения двухлепесткового пучка больше, чем скорости вращения других известных аналогичных вращающихся двухлепестковых лазерных пучков.
Бесплатно
Вращение лазерных пучков, не обладающих орбитальным угловым моментом
Статья научная
Показано, что среди многомодовых вращающихся лазерных пучков, комплексная амплитуда которых может быть представлена как линейная суперпозиция мод Лагерра-Гаусса с определенными номерами, имеются световые пучки с нулевым орбитальным угловым моментом. Также рассмотрены примеры вращающихся лазерных пучков с нулевым орбитальным угловым моментом, представленных в виде суперпозиции мод Бесселя и гипергеометрических мод. Впервые с помощью жидко-кристаллического микродисплея был сгенерирован вращающийся бесселевый пучок с нулевым орбитальным угловым моментом.
Бесплатно
Вращение микротурбин в сложных вихревых пучках
Статья научная
Описано изготовление микротурбин методом двухфотонной полимеризации. Описан эксперимент по вращению микротурбин специальной формы в вихревых световых пучках сложной структуры.
Бесплатно
Вращение микрочастиц в световых полях
Статья научная
Рассмотрены эксперименты по манипулированию микросферами в световых пучках Бесселя и пучках с угловыми гармониками, которые были сформированы дифракционными оптическими элементами.
Бесплатно
