Дифракционные оптические элементы

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОДХОД К РАСЧЕТУ ДИФРАКЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ [c.142]

Таким образом, в тех случаях, когда для описания градиентного многомодового оптического волокна можно использовать дифракционную скалярную теорию, для возбуждения и селекции заданных мод волновода целесообразно использовать дифракционные оптические элементы, методы расчета которых описаны в 6.2,3-6.2.6. [c.455]

Дифракционные оптические элементы [c.193]

Другой метод получения голограммы. эталонной поверхности представляется более перспективным—.это метод получения синтезированных голограмм. Здесь не требуется. эталонного оптического. элемента. Его заменяет математический расчет. Синтезированные голограммы вначале рассчитывают с помощью специальных математических методов, требующих применения ЭВМ, в результате которого получают математическую модель дифракционной решетки, которая способна оптически восстановить световую волну соответствующей. эталонной поверхности. Затем изготовляют такую дифракционную решетку либо с помощью специального оптического прибора, управляемого ЭВМ, который по расчетным точкам засвечивает фотопластинку узким сфокусированным лучом, либо механическим способом наносят риски на поверхность стекла, покрытого пленкой металла, также по расчетным траекториям. Как следует из сказанного выше, синтезированные голограммы могут воспроизвести оптические волны любой математически идеальной поверхности, и в. этом их большое преимущество перед первым методом. [c.101]

В технологии изготовления оптических приборов широко используются различные виды покрытий. Это — защитные, антикоррозионные пленки поляризационные, просветляющие и отражающие покрытия. Некоторые виды покрытий непосредственно являются оптическими приборами, например, дифракционные решетки с нанесенными оптическим способом штрихами. В процессе изготовления таких оптических элементов в материале пленки возникают значительные напряжения, сильно влияющие на прочностные свойства изделий. Поэтому во всех технологических операциях предусматривают контроль остаточных напряжений. [c.113]

Технологические возможности лазера прежде всего определяются предельной плотностью энергии в фокальном пятне. Воспользовавшись соотношением (2.43) для типичных параметров СОг-лазеров с диффузионным охлаждением Р 1 кВт, ft 4 см, получим предельную величину S 10 ... 10 Вт/см". Реальная расходимость [(1...5)-10 1 этих лазеров, как правило в 5.,.10 раз больше дифракционной [(0,5...1) 10 ] и поэтому обычно S 10 ...10 Bт/ м Причиной столь высокой расходимости является большое число оптических элементов и большие размеры диффузионных лазеров, а также генерация высоких поперечных мод излучения. Реальные значения введенного в гл. 2 коэффициента Вт составят [c.128]

Интерференционные и дифракционные покрытия находят применение в различных видах фильтров, функциональной и компьютерной оптике, рентгеновских зеркалах и других оптических элементах. [c.488]

Авторы предпочли другой подход, в котором дифракционный элемент рассматривают как бесконечно тонкий транспарант с особым образом заданным амплитудным коэффициентом пропускания. Во-первых, такое представление ДОЭ достаточно реально отражает условия его работы дифракция света на рельефно-фазовых структурах, изготавливаемых с помощью фотолитографического метода, происходит в пределах тонкого слоя толщиной не более двух длин волн. Во-вторых, оперируя с амплитудным коэффициентом пропускания, очень просто задавать асферические отклонения в структуре ДОЭ, тогда как при рассмотрении рефракционной линзы пришлось бы вводить асферические поверхности, что затрудняет расчет элемента. Конечно, реальные ДОЭ всегда представляют собой дифракционную структуру на поверхности стеклянной подложки конечной толщины. Общепринято, однако, рассматривать в качестве ДОЭ только структуру, на которой дифрагирует свет. Если же влияние подложки существенно, то реальный оптический элемент представляется как совокупность бесконечно тонкого ДОЭ и подложки как чисто рефракционного компонента. [c.7]

Большинство оптических систем строится из изотропных и однородных сред с постоянными в пространстве физическими свойствами (так называемые градиентные линзы [56] в настоя-ш,ей работе не рассматриваются). В пределах однородной среды все световые лучи будут прямыми, направление распространения света изменяется только на границах раздела сред, которые в этом случае и являются оптическими элементами системы, формирующими волновые поверхности. К оптическим системам подобного типа, состоящим из бесконечно тонких элементов, относятся как классические объективы с рефракционными линзами и зеркалами, так и объективы, содержащие помимо этих элементов дифракционные линзы. [c.10]

В предыдущей главе получены выражения для волновых аберраций основных осесимметричных оптических элементов (вне поля зрения остались преломляющие асферические поверхности и дифракционные линзы на несферических поверхностях [c.37]

Суммы Зайделя допускают много различных представлений. В частности, возможны переход к выражениям, включающим параметры только одного нулевого луча [7], или замена отрезков s., i на тангенсы углов нулевых лучей с оптической осью [45], но вряд ли это представляет интерес в настоящей работе. Основные результаты для аберраций третьего порядка оптической системы с аксиальной симметрией уже получены. Вывод сумм Зайделя для систем, состоящих из оптических элементов произвольного вида, т. е. не только рефракционных, но и дифракционных, позволяет применить к ним известные методики расчета аберраций третьего порядка, разработанные для чисто рефракционных систем [40]. [c.61]

Возможности одновременного удовлетворения перечисленных противоречивых требований при использовании традиционной элементной базы весьма ограничены. С другой стороны, объективы на основе ДЛ позволяют сочетать высокую степень коррекции монохроматических аберраций с минимальным количеством (два-три) используемых оптических элементов. Учитывая, что в фурье-анализаторах освещение сугубо монохроматическое, применение в них дифракционных объективов весьма перспективно. [c.151]

В четвертой главе рассматривается другой класс новых оптических элементов МР-диапазона — вогнутые зеркала скользящего падения с шепчущими модами. От традиционной оптики скользящего падения они отличаются тем, что могут поворачивать пучки на большие углы ( я), а от многослойной оптики — тем, что являются широкополосными, т. е. не обладают селективностью, связанной с условием Брэгга—Вульфа. В п. 4.1—4.3 излагаются полная геометрооптическая и дифракционная теории вогнутых зеркал, результаты изучения структуры поля вблизи поверхности. На основе вогнутых зеркал могут быть в принципе также созданы системы для управления МР-излучением поворотные устройства, фильтры коротких длин волн, концентраторы, системы разделения каналов синхротронного излучения. [c.7]

Методы синтеза цифровых голограмм с успехом можно использовать для создания как простейших оптических элементов, так и элементов с новыми функциональными свойствами. К числу простейших оптических элементов можно отнести синтезированные линзы, дифракционные решетки [48, 10, 215], диффузоры с [c.157]

Определим точнее предмет исследования предлагаемой книги. Как всякий оптический элемент (призма, зеркало, линза, объектив и т. п.), голографический оптический элемент преобразует волновой фронт падающей на него световой волны фокусирует, отклоняет, расщепляет его и т. п. Однако, и в этом первая особенность голографических элементов, в основе данного преобразования лежит дифракция света на периодической или квази-периодической структуре, а не преломление или отражение, как в классических аналогах. В этом смысле голографические элементы можно назвать дифракционными оптическими элементами. Вторая особенность заключается в методе получения здесь, как правило не используют традиционной оптической технологии. Дифракционную структуру элемента формируют, фиксируя в высокоразрещающей фоточувствительной среде картину, возникающую при интерференции двух или нескольких когерентных световых волн. [c.3]

Поскольку и применение, и получение периодических структур уже не ограничивалось голографическими методами, оказалось целесообразным изменить название голографических элементов и окончательно переименовать их в дифракционные оптические элементы. Чтобы уберечь читателя от неоправданных надежд или непонимания цели авторов, еще раз повторю дифракционные оптические элементы в данной книге — это не традиционные линзы или объективы, работающие на дифракционном пределе разрешения, а периодические или квазиперио-дические структуры, выполняющие свои функции за счет использования явления дифракции света на этих структурах. [c.4]

В результате традиционная элементная база оптики — сферические преломляюш,ие и отражающие поверхности — уже не может удовлетворить возросшим и, самое главное, значительно более разнообразным требованиям. Не случайно в последнее время идет усиленный тюиск как в области теории, так и в области технологии изготовления новых, нетрадиционных оптических элементов. Можно выделить три направления этого поиска асферические преломляющие поверхности, линзы с переменным показателем преломления (градиентные линзы) и дифракционные оптические элементы. Ни одно из этих направлений еще не вошло в повседневную практику (асферические поверхности используют, по-видимому, в наибольшей степени) и ни одно из них не способно самостоятельно решить все проблемы, стоящие перед оптическим приборостроением. Требуется совместное развитие и совершенствование всех трех типов нетрадиционных оптических элементов. [c.5]

Предлагаемая читателю книга посвящена группе элементов, значительно менее известных широкому кругу оптиков, чем асферические поверхности,— дифракционным оптическим элементам (ДОЭ), которые преобразуют падающий на них волновой фронт (в частности, формируют изображение) за счет дифракции света на их структуре. Можно выделить три основные вида ДОЭ светоделительные (дифракционные решетки), фокусирующие (дифракционные линзы) и корректирующие (дифрак ционные асферики) элементы. К первому виду относятся, например, спектральные решетки [35] или решетки е порядками одинаковой интенсивности [25, 49], которые не меняют кривизну [c.5]

Бобров С. Т., Туркевич Ю. Г. Дифракционные оптические элементы, изготавливаемые методами фотолитографии.— В кн. Применение лазеров в системах передачи, преобразования и обработки информации. Л. ЛДНТП. [c.220]

Следует отметить, что использование совершешш1Х кристаллов, являющихся, по существу, дифракционными оптическими элементами, позволило создать целое семейство рентгеновских приборов и методов, широко применяющихся в научных исследованиях и промышленности. Однако кристаллы как оптические элементы для спектрального анализа и управления рентгеновским излучением применяются лишь в области длин волн 0,01 нм < < Я < 2 нм. Во всяком случае в области > 1 нм эффективность их использования быстро падает. Таким образом, большая часть мягкого рентгеновского диапазона, находясь ме кду вакуумным. ультрафиолетовым и жестким рентгеновским диапазонами, оказалась как бы вне досягаемости как обычных зеркал и линз, так и совершенных кристаллов. [c.3]

Излагаются основы компьютерного синтеза дифракционных оптических элементов (ДОЭ) с широкими функциональными возможностями. Обсуждаются методы получения зонированных пластинок со сложным профилем зон. Значительное внимание уделено математическим моделям и методам расчета ДОЭ геометро-оптическому расчёту, итеративным и градиентным алгоритмам, строгому электромагнитному подходу к расчёту ДОЭ. Рассмотрены различные типы ДОЭ фокусаторы, моданы, формирователи лазерных пучков с инвариантными свойствами, многопорядковые дифракционные решетки, аксиконы и многофокусные линзы. Все эти ДОЭ находят применение в задачах фокусировки ла зерного излучения, в лазерных системах с волоконной и интегральной оптикой, а также в задачах оптической обработки информации. Освещены проблемы дискретизации и квантования в дифракционной оптике и особенности применения различных технологий создания фазового микрорельефа. [c.2]

Функциональные возможности зонированных дифракционных оптических элементов (ДОЭ) [c.11]

Интересно рассмотреть также поперечные моды в качестве независимых носителей информационных каналов вместо используемых продольных мод (а может быть, и в дополнение к ним). Как было сказано выше, поперечные моды лазерного излучения представляют собой пучки света, распределение комплексной амплитуды в сечении которых описывается собственными функциями оператора распространения света в соответствующей среде. Фундаментальным свойством мод является сохранение структуры и взаимной ортогональности при распространении в среде. Именно это свойство поперечных мод является основой для построения систем связи с модовым уплотнением каналов. Интерес к поперечным модам как носителям независимых каналов передачи информации связан, во-первых, с постоянным повышением качества производимых многомодовых волокон [см., например, 68], во-вторых, с разработкой методов качественного синтеза дифракционных оптических элементов моданов [19, 27-30], способных эффективно формировать и селектировать поперечные моды лазерного излучения (см. также 6.2 данной книги). Общая теория построения телекоммуникационных систем с уплотнением каналов, основанном на использовании поперечных мод, детально изложена в [19]. Отметим, что селективное возбуждение поперечных мод оптоволокна позволит увеличить пропускную способность линии связи не только за счет параллельной передачи нескольких каналов по одному волокну, но и за счет решения проблемы уширения импульса, вызываемого наличием межмодовой дисперсии [18-20, 6.2.7]. Одна из предполагаемых инженерных реализаций волоконно-оптической связи с использованием селективного возбуждения поперечных мод [19] представлена на рис. 6.53. Пространственный фильтр МА является матрицей электрооптических модуляторов, освещаемых плоской волной когерентного света Рд (х). На матрицу электрооптических модуляторов непосредственно подается вектор промодулированных по времени сигналов 5Д. [c.456]

В данной главе рассмотрена возможность формирования, селекции мод лазерного излучения с помощью специадьеых ДОЭ — моданов, а также вопросы, связанные с использованием ДОЭ в системах сбора, хранения и передачи информации. Показано, что разработка и создание дифракционных оптических элементов нового типа — моданов позволили решить фундаментальные задачи, неразрешимые с И0м01щ>ю традиционных оптических элементов — задачи формирования иучков лазерного излучения с заданным поперечно-модовым составом и определения поперечно-модового состава пучжа в режиме реального времени. Были описаны возможные приложения ДОЭ в системах сбора, хранения и передачи информации для повышения пропускной способности волоконно-оптических систем связи, создания высокочувствительных датчиков перемещения, анализа амплитудно-фазовых характеристик лазерного излучения в режиме реального времени. [c.465]

ДОЭ, согласованных с поперечно-модовым составом лазерного излучения, может быть с успехом использован для измерения поперечно-модового состава излучения и восстановления амплитудно-фазового распределения в его поперечном сечении. Кроме того, разработка, методов синтеза моданов дает значительную информацию о возможных подходах к решению задачи синтеза дифракционных оптических элементов, формирующих произвольные амплитудно-фазовые распределения. В этой связи интересно отметить, что вопрос о приоритете точности формирования моды или энергетической эффективности модана решался каждый раз исходя из снещ1-фики конкретной задачи, будь то построение волоконно-оптической линии связи или разработка волоконно-оптического датчика давления. Поэтому был разработан определенный инструментарий численных методов, позволяющий находить необходимый компромисс в каждом конкретном случае. Этот подход вполне может быть обобщен на расчет ДОЭ, формирующего произвольное амплитудно-фазовое распределение. Обобщая вышесказанное, можно сказать, что дифракционные оптические элементы, благодаря свор1м уникальным характеристикам, вместе с элементами волноводной и интегральной оптики формируют элементную базу высокоэффективных оптических и оптико-электронных систем сбора, обработки и передачи информации. [c.466]

Рассмотрим некоторые оптические схемы контроля оптических поверхностей с дифракционными оптическими элементами, синтезированными на компьютере [3-30]. Функциональное назначение ДОЭ состоит либо в создании эталонного асферического волнового фронта из плоского, либо в преобразовании (компенсации) одного волнового фронта в другой. В последнем случае ДОЭ называется оптическим компенсатором. В оптических контрольных схемах происходит анализ волнового фронта от исследуемого асферического зеркала шш лжнзы. В интерс )еренционных методах такой анализ осуществляется путем сравнения исследуемого фронта с эталонным. В теневом методе анализируется теневая картина волнового фронта, отраженного (или прошедшего) от контролируемого элемента и преобразованного оптическим компенсатором. Теневой метод с использованием ножа Фуко более прост при реализации, но обладает низким отношением сигнал/шум, так как нулевая пространственная частота, наиболее энергетическая, не используется для анаашза. [c.542]

Рассмотрим сложную оптическую схему, состояиую из точечного источника, отражающих и преломляющих поверхностей и дифракционных оптических элементов. Оптическая установка может быть представлена как набор сред 1,..., 5 , [c.580]

Использование уникальных функциональных возможностей дифракционных оптических элементов позволяет упростить форм отражателя, повысить энергетическую эффективность и технологичность фары, улучшить ее функщюнальные характеристики и уменьшить стоимость изготовления. Целью проводимых исо1е-довапий может быть, например, замена отражателя, имеющего дорогостоящую в [c.585]

Фотоэлектрические приборы широко используют в сочетании с оптическими элементами, растрами, дифракционными решетками и интерферометрами (см. гл. 5). В качестве источника света может служить само раскаленное изделие, лампы накаливания, телевизионные трубки или лазеры. В качестве светоприемников применяют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, фотоэлектронные умножители, телевизионные трубки. Преимуш,е-ства фотоэлектрических приборов —высокая точность, ишрокие пределы измерений, дискретная (цифровая) форма выходного сигнала, возможность осуществления бесконтактного метода контроля н др. Однако эти приборы, как правило, сложны, дороги и требуют тш,ательной защиты от воздействия окружающей среды (пыли, конденсата и т. п.). [c.159]

Голографические (или 10лограммные) оптические. элементы (ГОЭ) представляют собой голограммы, на которых записаны волновые фронты специальной формы. ГОЭ можно сконструировать для преобразования любого входного волнового фронта в любой другой выходной фронт независимо от параметров материала подложки, например от кривизны или показателя преломления. С их помощью возможна коррекция аберраций оптических систем, в таком случае ГОЭ выступают в качестве составных. элементов сложных оптических приборов. ГОЭ используют и как самостоятельные оптические элементы в качестве линз, зеркал, дифракционных решеток, мультипликаторов и др. [c.49]

Такая пластинка Френеля с прямоугольным радисыь-ным распределением почернения может выполнять функцию изображающего оптического. элемента. Недостатком, однако, является возникновение большого числа изображений, расположенных на оси, совпадающей с главным лучом пучка нулевого дифракционного порядка. [c.57]

Однако/область применения голографии в оптическом приборостроении не ограничивается только теми вопросами, которые были рассмотрены в кни1 е. Существует ряд областей, где. эффект от применения голографии в настоящее время не выяснен до конца. Например,, не ясны до конца перспективы использования голографических методов получения оптических. элементов со свойствами, аналогичными волоконно-оптическим устройствам. Разработчиков и технологов здесь привлекает то, что. элементы имеют все свойства оптического волокна, но отличаются от него простотой изготовления. В связи с ограниченным объемом книги в ней недостаточно полно освещены некоторые аспекты современного голографического приборостроения. В последнее время существует тенденция заменять в некоторых случаях оптические элементы голограммами. Приведенные в книге примеры использования голограмм в качестве линз и дифракционных решеток можно было бы дополнить еще множеством других примеров использования голографической оптики. Эта область голографии активно развивается, хотя возможности и эффективность использования голографи- [c.121]

На основе нашего опыта разработки и реализации NODIF можно заключить, что разрабатываемая спецификация NODIF должна быть расширена и дополнена информационными моделями других типов оптических элементов в том числе, дифракционных (голографических), растровых и пр. [c.53]

Описанные методика исследования и аппаратура могут быть использованы для контроля полупроводниковых пластин. Применимость этой методики для исследования образцов GaAs подтверждена рядом исследований [1, 58, 105, 147, 151]. Была доказана возможность исследования кристаллов GaAs на длине волны 1,15 мкм, т. е. вблизи края поглощения. При этом реализуются некоторые преимущества по сравнению с использованием более длинноволнового излучения меньшее влияние дифракционных явлений и возможность использования оптических элементов и фотоприемников для видимого диапазона. [c.198]

Все изложенное представляет собой основные положения волнового подхода к теории. ДОЭ. Аналогичный, но несколько отличающийся анализ содержится в работе [15]. Волновой подход, как будет ясно из дальнейшего, очень удобен при описании фокусирующих и аберрационных свойств ДОЭ, а также незаменим для расчета структуры элементов (см. гл. 7), однако необходимо отметить и некоторые присущие ему ограничения. В силу того что амплитуда всех волновых полей предполагалась одинаковой (по модулю) в пределах ДОЭ, развитый формализм не вполне точно описывает такие объекты, как голографические оптические элементы, поскольку при их записи амплитуды интерферирующих волн обязательно меняются по поверхности элемента. Совершенно не укладьщаются в рамки формализма голограммы сложных реальных объектов, где записываются и восстанавливаются волновые поля с большими перепадами амплитуды. Ниже, однако, рассматриваются простейшие дифракционные структуры, для которых волновой подход является вполне приемлемым приближением. [c.14]

Из выражений (2.9), например, следует, что даже если оптический элемент на своей собственной поверхности обладает только сферической аберрацией (дифракционная асферика), то на конечном расстоянии от элемента сформированная им сферическая волна характеризуется уже всеми типами аберраций. Именно на этом свойстве процесса распространения сферической волны основан прием коррекции оптических систем за счет взаимного расположения компонентов, когда два находящихся на определенном расстоянии друг от друга оптических элемента образуют систему со скомпенсированными аберрациями, хотя при расположении этих элементов вплотную подобного эффекта достичь нельзя. Внутрипорядковое перераспределение типов аберраций при распространении сферической волны соответствует проективному преобразованию аргументов функций в формулах (2.8). [c.48]

Одновременно развивалась традиционная оптика скользящего падения. Возникли новые оптические элементы нормального падения многослойные зеркала, а также прозрачные дифракционные элементы — френелевские пластинки и пропускающие решетки. Производство их основывается на последних достижениях технологии электронной и оптической промышленности создании и обработке сверхгладких и асферических поверхностей (алмазное точение, глубокое полирование, методы репликации), микролитографии и технике нанесения тонкопленочных многослойных покрытий. Наиболее активно и успешно новые оптические элементы МР-диапазона начали применяться в космической физике, микроскопии, диагностике плазмы, микроанализе. Фундаментальные проблемы этих направлений останутся, по-видимому, в ближайшее время главными стимулами развития оптики мягкого рентгеновского диапазона. [c.5]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...