Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Вращение эллипсоидальной диэлектрической частицы в фокусе гауссова пучка с круговой поляризацией
Статья научная
В работе рассмотрены силы и моменты сил, действующие в фокусе сферической волны с круговой поляризацией на эллипсоидальную диэлектрическую частицу. Расчёты проведены на основе поля дифракции, полученного методом FDTD, расчёт силы и момента силы проводился с помощью тензора напряжений Максвелла. Показано, что в фокусе сферической волны с круговой поляризацией на эллипсоид относительно его центра действует момент силы, который будет стремиться вращать его вокруг оптической оси. При этом эллипсоид расположен в поперечной плоскости к оптической оси. При смещении эллипсоида с оптической оси возникает сила со стороны света, препятствующая этому смещению, то есть на оптической оси частица будет находиться в оптической ловушке.
Бесплатно
Временное «сжатие» фемтосекундного импульса в фокусе усечённого микроэллипсоида
Статья научная
Рассчитан усечённый эллипсоид, который все падающие параллельные лучи собирает на входной плоской поверхности. Моделирование FDTD-методом, учитывающим дисперсию вещества, фокусировки фемтосекундного импульса (длительностью 1,24 фс по полуспаду интенсивности и несущей длиной волны λ 0= 532 нм) с помощью кварцевого усечённого микроэллипсоида с меньшим диаметром сечения 1,16 мкм показало, что эллипсоид даёт эллиптическое фокусное пятно с меньшим диаметром FWHM = 0,38λ. При этом временная длительность импульса в фокусе на несколько процентов меньше, чем длительность входящего импульса.
Бесплатно
Временной отклик четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности
Статья научная
Получено выражение для временного отклика четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности. Численно показано, что увеличение толщины нелинейного слоя приводит к росту ширины временного отклика. Проанализирована временная зависимость качества обращения волнового фронта четырёхволновым преобразователем излучения.
Бесплатно
Статья научная
В приближении заданного поля по волнам накачки получено выражение для временного отклика вырожденного четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности с попутными волнами накачки. Проанализирована временная динамика пространственного спектра объектной волны. Показано, что в плоскости волн накачки увеличение угла между волнами накачки слабо влияет на время выхода полуширины полосы пространственных частот на стационарное значение. При этом время выхода на стационарное значение полуширины полосы пространственных частот в плоскости, перпендикулярной волнам накачки, уменьшается.
Бесплатно
Выбор материалов для «ахроматизации» рельефно-фазовых дифракционных структур
Статья научная
В работе описана методика выбора материалов двухслойной рельефно-фазовой микроструктуры дифракционных оптических элементов с целью их так называемой «ахроматизации», т.е. снижения зависимости дифракционной эффективности от длины волны в заданном спектральном диапазоне.
Бесплатно
Высокоапертурная металинза для формирования обратного потока энергии
Статья научная
По технологии электронной литографии и ионного травления в тонкой плёнке аморфного кремния толщиной 130 нм изготовлена вихревая металинза диаметром 30 мкм с фокусным расстоянием, равным длине волны 633 нм, состоящая из 16 секторов субволновых бинарных решёток с периодом 220 нм. Уникальность такой металинзы в том, что при освещении её светом с левой круговой поляризацией формируется вихревой пучок с топологическим зарядом 2 и левой круговой поляризацией, а при освещении её светом с линейной поляризацией формируется векторный цилиндрический пучок второго порядка. Вблизи фокуса на оптической оси в обоих случаях (и для линейной, и для круговой поляризации) будет формироваться обратный поток энергии. Измеренные с помощью сканирующего ближнепольного оптического микроскопа распределения поперечной интенсивности вблизи фокуса металинзы качественно согласуются с распределениями ин-тенсивности, рассчитанными FDTD-методом. Это подтверждает, что в фокусе такой металинзы имеет место обратный поток энергии. Металинза, формирующая обратный поток вблизи фокуса, изготовлена и исследована впервые.
Бесплатно
Статья научная
Продемонстрированы высокодобротные резонансы Фано, а также эффекты, подобные электромагнитно-индуцированной прозрачности, возникающие в изогнутом волноводном резонаторе Фабри-Перо с зеркалами с переменным коэффициентом отражения. Показано, что данные эффекты возникают в результате связи фундаментальной моды сердцевины изогнутого световода с оболочечными модами шепчущей галереи. Исследовано влияние основных геометрических параметров резонатора на особенности в его спектрах отражения и пропускания. Полученные результаты могут найти применение при создании новых функциональных элементов фотоники на основе изогнутых волноводов, в частности, высокочувствительных портативных рефрактометров для био- и хемосенсорных систем, а также оптических датчиков механических воздействий.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача уменьшения толщины линий рисунка контактных масок, используемых при формировании микрорельефа дифракционных оптических элементов (ДОЭ) и получаемых при помощи лазерной абляции тонких плёнок тугоплавких металлов. Для получения контактной маски ДОЭ на молибденовых плёнках толщиной порядка 40 нм с применением лазерной абляции записаны шаблоны с элементами рисунка шириной 0,25 – 0,3 мкм. Это примерно в 3 раза меньше характерных размеров, полученных методом термохимической записи на плёнках хрома аналогичной толщины в стандартном технологическом процессе. Ионно-реактивным травлением в индуктивно связанной плазме через такую маску был сформирован микрорельеф высотой до 300 нм в кварцевой подложке. Показана перспективность применения тонких плёнок молибдена в качестве металлизированных масок при формировании микрорельефа ДОЭ.
Бесплатно
Высокоэффективные рельефно-фазовые дифракционные элементы на криволинейных поверхностях вращения
Статья научная
Приведены уравнения рельефов микроструктур однослойных дифракционных оптических элементов, размещённых на криволинейных поверхностях раздела двух сред, которые обеспечивают совпадающую с расчётной форму формируемого волнового фронта и 100% дифракционную эффективность на одной длине волны независимо от числа зон Френеля. Даны рекомендации по использованию приведённых уравнений при изготовлении двухслойных двухрельефных структур, обеспечивающих высокую дифракционную эффективность в пределах заданного спектрального диапазона.
Бесплатно
Высокоэффективный оптический элемент для светодиодных систем подсветки дисплеев
Статья научная
Предложен преломляющий оптический элемент светодиода для систем подсветки дисплеев. Оптический элемент рассматривается в качестве альтернативы к линейным источникам света в виде люминесцентных ламп с холодным катодом и предназначен для равномерного освещения двух отрезков на поверхности диффузного отражателя. Расчёт оптического элемента сведён к интегрированию системы двух обыкновенных дифференциальных уравнений, разрешённых относительно производной. Представлены результаты моделирования работы модуля системы подсветки, соответствующего матрице оптических элементов, формирующих набор отрезков на диффузной отражающей поверхности. Плоскость расположения элементов совпадает с плоскостью диффузного отражателя. Результаты моделирования показывают равномерное освещение прямоугольной области, расположенной на расстоянии 12-16 мм от плоскости источников. Световая эффективность рассчитанной системы (доля излучённого светодиодами светового потока, попавшая в выходную плоскость) составляет более 94 %
Бесплатно
Вычисление момента импульса электромагнитного поля внутри волновода с абсолютно проводящими стенками
Статья научная
В работе получены явные выражения импульса и момента импульса из теоремы Нётер ( ab initio ), содержащие квадраты модулей коэффициентов разложения по модам волновода, взвешенные на присутствующие порядки вихревой сингулярности. Полученные выражения полезны для квантования электромагнитного поля в волноводе.
Бесплатно
Вычисление собственных функций ограниченного дробного преобразования Фурье
Статья научная
В данной работе рассмотрено одномерное дробное преобразование Фурье в приложении к градиентным оптическим волноводам. Выполнен расчёт собственных функций преобразования с учётом ограниченности интервала как в пространственной, так и в спектральной областях.
Бесплатно
Гармоническая линза с кольцевой апертурой
Статья научная
Рассмотрена конструкция компактного изображающего объектива на основе отражающей кольцевой гармонической линзы. Проведено моделирование такого объектива в системе ZEMAX. Рассчитана функция рассеяния точки. Получен ряд соотношений, описывающих связь ключевых параметров такого объектива. Показано, что в этом случае возможно создание компактного изображающего объектива, длина которого может быть на порядок меньше, чем его фокусное расстояние.
Бесплатно
Геометрооптическая модель многомодового эрмито-гауссового пучка
Статья научная
Предлагается математическая модель пространственного распределения потока излучения в многомодовом Эрмито-Гауссовом пучке. В этой модели пространственное распределение потока излучения описывают лучи с нанизанными на них потоками излучения. Особенностью предлагаемой модели является то, что нанизанные на лучи потоки излучения складываются алгебраически.
Бесплатно
Статья научная
Получено общее аналитическое представление для эйконала дифракционного оптического элемента (ДОЭ) для фокусировки в произвольно ориентированную в пространстве плоскую кривую в непараксиальном случае. Эйконал записан в специальных криволинейных координатах. Расчет функции эйконала из условия фокусировки в линию с заданным распределением интенсивности сведен к решению обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка, разрешенного относительно производной. Проведен расчет ДОЭ для фокусировки в отрезок. Результаты моделирования показывают высокое качество фокусировки в отрезок.
Бесплатно
Геометрооптический расчет оптических элементов для фокусировки в линию в непараксиальном случае
Статья научная
Расчет функции эйконала из условия фокусировки в произвольную кривую в непараксиальном случае сведен к решению обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка, разрешенного относительно производной. Проведен расчет функций эйконала для фокусировки в отрезок и в дугу окружности. Функции эйконала использованы для расчета преломляющих оптических элементов. Результаты моделирования показывают высокое качество фокусировки в отрезок и дугу.
Бесплатно
Геометрооптический расчёт фокального пятна гармонической дифракционной линзы
Статья научная
Работа посвящена исследованию функции рассеяния точки гармонической дифракционной линзы, освещаемой немонохроматическим излучением, с использованием гибридного геометрооптического и волнового подхода.
Бесплатно
Гибридный асимптотический метод анализа каустик оптических элементов в радиально-симметричном случае
Статья научная
В статье предложен новый подход к расчёту распределений световых полей в рамках геометрической оптики. Описан новый интегральный оператор для вычисления распределения интенсивности в рамках геометрической оптики. В рамках предложенного метода найдены распределения интенсивности от ранее изученных падающих пучков. Найдены особые точки этих распределений, и рассчитаны распределения интенсивности вблизи каустик. Разработанный метод применен для расчета формирования каустик гармоническими дифракционными оптическими элементами в радиально-симметричном случае.
Бесплатно
Статья научная
В статье исследуются условия формирования астигматически инвариантных структурированных Лагерр-Гауссовых пучков в случае простого астигматизма. Теоретически и экспериментально найдены условия астигматической инвариантности: фазовый параметр q структурированного Лагерр-Гауссова пучка равен арктангенсу отношения длины Рэлея z 0 и фокусного расстояния f cyl цилиндрической линзы для единичного e = 1 амплитудного параметра. Для остальных значений амплитудного параметра e ¹ 1 условие астигматической инвариантности задается равенством орбитального углового момента структурированного Лагерр-Гауссова и астигматически инвариантных структурированных Лагерр-Гауссовых пучков. Также обнаружены резкие всплески и провалы орбитального углового момента в астигматически инвариантных структурированных Лагерр-Гауссовых пучках в области, где орбитальный угловой момент обращается в ноль. Высота и глубина всплесков и провалов значительно превышают максимальные и минимальные значения орбитального углового момента в обычных структурированных Лагерр-Гауссовых пучках при заданной параметризации. Показано, что возникновение всплесков и провалов орбитального углового момента вызвано радикальной перестройкой спектра Лагерр-Гауссовых мод в виде их жесткого упорядочения. Теоретический расчет, сопровождаемый компьютерным моделированием, и эксперимент хорошо согласуются друг с другом.
Бесплатно
Гиперболическая секансная линза со щелью для субволновой фокусировки света
Статья научная
Моделирование FDTD-методом показало, что бинарная фотонно-кристаллическая гиперболическая секансная микролинза в кремнии ( n 0 = 3,47) размером 2×5 мкм со щелью шириной 50 нм и длиной 250 нм фокусирует ТМ-поляризованную плоскую волну в фокусное пятно вблизи своей поверхности с шириной λ/23 и дифракционной эффективностью 44% и интенсивность в фокусе в 50 раз превышает интенсивность падающего света.
Бесплатно
