Численное исследование лазерных пучков с фазовой сингулярностью, сформированных с помощью дифракционных оптических элементов
Диссертация
Манипулирование микрообъектами с помощью лазерных пучковвесьма бурно развивающееся направление. Впервые возможность использования лазерного излучения для манипулирования микрочастицами была продемонстрирована в 1970. При этом использовался гауссовый пучок (фундаментальная мода лазерного излучения). С тех пор, идея бесконтактного управления процессами микрои наномасштаба была успешно использована… Читать ещё >
Список литературы
- Nye J.F., Веггу M.V. Dislocations in wave trains // Proc. R. Soc. London Ser. A 336,165−190(1974).
- Khonina S.N., Kotlyar V.V., Shinkaryev M.V., Soifer V.A., Uspleniev G.V. The phase rotor filter // J. Mod. Opt. 39(5), 1147−1154 (1992).
- Bazhenov V.Yu., Soskin M.S., Vasnetsov M.V. Screw dislocations in light wavefronts // J. Mod. Opt. 39(5), 985−990 (1992).
- Basistiy I.V., Bazhenov V.Yu., Soskin M.S., Vasnetsov M.V. Optics of light beams with screw dislocations // Opt. Comm. 103, 422−428 (1993).
- Indebetouw G. Optical vortices and their propagation // J. Mod. Opt. 40(1), 73−87(1993).
- Soskin M. S., Gorshkov V. N., Vasnetsov M. V. Topological charge and angular momentum of light beams carrying optical vortices // Phys. Rev. A 56(5), 4064−4075 (1997).
- Rozas D., Law C.T., Swartzlander G.A. Propagation dynamics of optical vortices // J. Opt. Soc. Am. В 14(11), 3054−3065 (1997).
- Sacks Z. S., Rozas D., Swartzlander G.A. Holographic formation of optical-vortex filaments // J. Opt. Soc. Am. В 15(8), 2226−2234 (1998).
- Peele A. G., Nugent K. A. X-ray vortex beams: A theoretical analysis // Opt. Express 11(19), 2315−2322 (2003).
- Khonina S.N., Kotlyar V.V., Soifer V.A., Jefimovs K., Turunen J. Generation and selection of laser beams represented by a superposition of two angular harmonics // J. Mod. Opt. 51(5), 761−773 (2004).
- Прудников А. П., Брычков Ю. А., Маричев О. И. Интегралы и ряды. Специальные функции // Москва: Наука, (1983).
- Ashkin A. Acceleration and trapping of particles by radiation pressure // Phys. Rev. Lett. 24(4), 156−159 (1970)
- Chu S., Bjorkholm J.E., Ashkin A., Gordon J.P., Cable A. Experimental observation of optically trapped atoms // Phys. Rev. Lett. 57(3), 314−317 (1986)
- Balykin V.I., Letokhov V.S., Ovchinnikov Yu.B., Sidorov A.I., Shul’ga S.V. Channeling of atoms in standing spherical light wave // Optics Letters 13(11), 958−960(1988)
- O’Hara K.M., Granade S.R., Gehm M.E., Savard T.A., Bali S., Freed
- C., Thomas J.E. Ultrastable C02 laser trapping of lithium fermions // Phys. Rev. Lett. 82(21), 4204−4207 (1999)
- Noh H.-R., Jhe W. Atom optics with hollow optical systems // Physics Reports 372, 269−317 (2002).
- Visscher K., Brakenhoff G.J., Krol J.J. // Cytometry 14, 105−114 (1993)
- Huber R., Burggraf S., Mayer T., Barns S.M., Rossnagel P., Stetter K.O. //Nature (London) 376, 57−58 (1995)
- Liang H., Wright W.H., He W., Berns M.W. // Exp. Cell Res. 204, 110−120(1993)
- Svoboda K., Block S.M. // Ann. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 247 285 (1994)
- Dufresne E.R., Grier D.G. Optical tweezer arrays and optical substrates created with diffractive optical elements // Rev. Sci. Instr. 69(5), 1974−1977(1998)
- Friese M.E.J., Rubinsztein-Dunlop H., Gold J., Hagberg P., Hanstorp
- D. Optically driven micromachine elements // Appl. Phys. Let. 78(4), 547−549(2001).
- Ed. by Soifer V.A. Methods for Computer Design of Diffractive Optical Elements //New York: John Wiley & Sons, Inc., 2002, 765 p.
- Komiyama A. Coupling coefficients and coupled power equations describing the crosstalk in an image fiber // IEICE Trans. Electron. E79-C, 243 248, 1996.
- Wu C.Y., Somervell A.R.D., Barnes T.H. Direct image transmission through a multi-mode square optical fiber // Optics Communications 157, 17−22, 1998.
- Beckwith P.H., McMichael I., Yeh P. Image distortion in multimode fibers and restoration by polarization-preserving phase conjugation // Optics Letters 12(7), 510−512, 1987
- Haus H.A. Waves and fields in optoelectronics // Prentice Hall, Inc. Englewood Cliffs, 1984
- Marcuse D. Light transmission optics // Van Nostrand Reinhold, New York, 1982.
- Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов // М.: Радио и связь, 1987.
- Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки // М.: Наука, 1990.
- Звелто О. Принципы лазеров // М.: Мир, 1990.
- Soifer V.A., Golub М.А. Laser beam mode selection by computergenerated holograms // CRC Press, Boca Raton, 1994.
- Голуб M.A., Павельев B.C., Сойфер B.A. Компьютерная оптика 14−15(2), 1995.
- Kotlyar V. V, Nikolsky I., Soifer V.A. Optic 98(1) 26, 1994.35. * Khonina S.N., Almazov A.A. Design of multi-channel phase spatial filter for selection of Gauss-Laguerre laser modes // Proceedings of SPIE, Vol .4705, pp30−39, 2002.
- Хонина C.H. Формирование и передача на расстояние изображений с помощью мод Гаусса-Лагерра // Компьютерная оптика, Самара-Москва, No. 18, с.71−82 (1998).
- Lesem L.B., Hirsh P.M., Jordan J.A. The kinoform: a new wavefront reconstruction device // IBM J. Res. Develop. 13(3), pp.150−155,1969.
- Kotlyar V.V., Khonina S.N., Soifer V.A. Light field decomposition in angular harmonics by means of diffractive optics // Journal of Modern Optics 45(7), pp. 1495−1506,1998.
- Khonina S.N., Kotlyar V.V., Soifer V.A. Diffraction optical elements matched to the Gauss-Laguerre modes // Optics and Spectroscopy 85(4), pp. 636−644, 1998.
- Адаме М. Введение в теорию оптических волноводов // М.: Мир, 1984.
- Абрамович М., Стиган И. Справочник по специальным функциям // М., Наука, 1979
- Bolshtyansky М.А., Zel’dovich B.Ya. Transmission of the image signal with the use of multimode fiber // Optics Comm. 123, 629−636, 1996.
- Под ред. Сойфера В. А. Методы компьютерной оптики, учебное пособие // М.: Физматлит, 2000, 688с.
- MacDonald R.P., Booth royd S.A., Okamoto Т., Chorostowski J., Syrett B.A. Interboard optical data distribution by Bessel beam shadowing // Optics Communication 122 (1996), 169−177.
- Soroko L.M. What does the term «light beam» mean? // preprint of JINR, El3−99−226, Dubna, 1999.
- Arlt J., Garces-Chavez V., Sibbett W., Dholakia K. Optical micromanipulation using Bessel light beams // Opt. Comm., 197, 239−245, 2001.
- Garces-Chavez V., McGloin D., Melville H., Sibbett W., Dholakia K. Simultaneous micromanipulation in multiple planes using a self-reconstructing light beam//Nature, 419, 145−147, 2002.
- MacDonald M.P., Paterson L., Volke-Sepulveda K., Arlt J., Sibbett W., Dholakia K. Creation and manipulation of three-dimensional optically trapped structures // Science, 296, 1101−1103, 2002.
- Khonina S.N., Kotlyar V.V., Skidanov R.V., Soifer V.A., Jefimovs K., Simonen J., Turunen J. Rotation of microparticles with Bessel beams generated by diffractive elements // J. Mod. Opt. 55(14) 2167−2184 (2004).
- Durnin J., Miceli J.J. // Diffraction-free beams // Phys. Rev. Lett., 58(15), 1499−1501 (1987).
- Khonina S.N., Kotlyar V.V., Soifer V.A., Paakkonen P., Simonen J., Turunen J. An analysis of the angular momentum of a light field in terms of angular harmonics // J. of Modern optics, 48(10), 1543−1557 (2001).
- Котляр B.B., Хонина C.H. Сойфер В. А., Ванг Я. Измерение орбитального углового момента светового поля с помощью дифракционного оптического элемента// Автометрия 38(3), 33−44 (2002).
- Под ред. Абрамовича М. Справочник по специальным функциям //, М., Наука, 1979.
- Бори М., Вольф Э. Основы оптики // М., Наука, 1973.
- Корн Г., Корн Т. Справочник по математике // М., Наука, 1968.
- Котляр В.В. Оптическая обработка изображений, учебн. пособие // Самара, СГАУ, 1993.
- Котляр В.В. Френелевские изображения, учебн. пособие // Самара, СГАУ, 1993.
- Люк Ю. Специальные математические функции и их аппроксимации // М., Мир, 1980.
- Хонина С.Н., Котляр В. В., Сойфер В. А. Дифракционные оптические элементы, согласованные с модами Гаусса-Лагерра // Компьютерная оптика, Самара-Москва, No. 17, с.25−31 (1997).
- Adams M.J. An introduction to optical waveguides // J. Wiley & Sons, Chichster, 1981.
- Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich Fundamentals of photonics // USA, A wiley series in pure and applied optics, 1994.
- Korn G.A., Korn T.M. Mathematical handbook // McGraw-Hill Book, New York, 1961.
- Khonina S.N., Kotlyar V.V., Skidanov R.V., Soifer V.A., Laakkonen P., Turunen J. Gauss-Laguerre modes with different indices in prescribed diffraction orders of a diffractive phase element // Optics Comm. 175, i pp.301−308,2000.
- Khonina S.N., Kotlyar V.V., Skidanov R.V., Soifer V.A., Laakkonen P., Turunen J., Wang Y. Experimental selection of spatial Gauss-Laguerre modes // Optical Memory and Neural Networks 9(1), pp.69−74, 2000.
- Kotlyar V.V., Khonina S.N., Melekhin A.S., Soifer V.A. Fractional encoding method for spatial filters computation // Asian Journal of Physics 8(3), pp.273−286, 1999.
- Anderson D.Z., Bolshtyansky M.A., Zel’dovich B.Ya. Stabilization of the speckle pattern of a multimode fiber undergoing bending // Optics Letters 21(11), 785−787, 1996.
- Bolshtyansky M.A., Zel’dovich B.Ya. Stabilization of transmission function: theory for an ultrathin endoscope of one multimode fiber // Applied Optics 36(16), 3673−3681, 1997.
- Gibson G., Courtial J., Padgett M., Vasnetsov M., Pas’ko V., Barnett
- Если реализовывать его для массива-изображения NxJV элементов, применяя традиционный алгоритм, то мы имеем конструкцию из 4-х циклов, алгоритмически которую можно записать примерно так:
- Цикл по 1 от 1 до N { Цикл по з от 1 до N { и±-. [Л =0-
- Цикл по ш от 1 до N { Цикл по п от 1 до Nи±Ш. = и1. ^] + (к/?)*и (т, п)*вхр (-(1т*к/?)М (±т+^)/Ь2)) — >и±Ш. = (к/?)*и[±] [з]*Ъ.2-и±. [з] числовой массив комплексной амплитуды исходного изображения, и±. [ з ] массив результирующего изображения,
- Ь шаг разбиения изображения, Ь=1,/7У, где Ь — размер стороны изображения.
- Оно может быть представлено через преобразование Фурье: гки (х, у, г) =-ехр (?Аг) ехр2 шк. 2? ехрг