.../МОНОГРАФИИ/ДИФРАКЦИОННАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ ОПТИКА

Полное оглавление

	Предисловие редактора		7
Глава 1	Основные уравнения теории дифракции (Д.Л. Головашкин, В.В. Котляр)		9
1.1	Уравнения Максвелла		9
	1.1.1	Используемые математические понятия и обозначения	9
	1.1.2	Уравнения Максвелла в дифференциальной форме	10
	1.1.3	Уравнения Максвелла в интегральной форме	11
	1.1.4	Граничные условия	11
	1.1.5	Теорема Пойнтинга	11
1.2	Дифференциальные уравнения оптики		12
	1.2.1	Волновые уравнения	12
	1.2.2	Уравнения Гельмгольца	13
	1.2.3	Уравнение Фока-Леонтовича	13
	1.2.4	Уравнения эйконала и переноса	14
1.3	Интегральные теоремы оптики		14
	1.3.1	Формулы Грина	14
	1.3.2	Формулы Стреттона-Чу	16
1.4	Интегральные преобразования в оптике		21
	1.4.1	Интеграл Кирхгофа	22
	1.4.2	Преобразование Френеля	22
1.5	Методы решения прямой задачи дифракции		24
	1.5.1	Разностные схемы решения дифференциальных уравнений	24
	1.5.2	Метод конечных элементов решения интегральных уравнений	25
	Заключение		27
	Список литературы к главе 1		27
Глава 2	Дифракционные оптические преобразования (В.А. Сойфер)		28
2.1	Преобразования в оптических системах		28
2.2	Дифракционные решетки		34
2.3	Плоские линзы и призмы		38
2.4	Обратная задача дифракционной оптики		46
2.5	Методы кодирования фазовой функции ДОЭ		52
2.6	Дискретизация и квантование фазы ДОЭ		61
2.7	Компьютерное проектирование и формирование дифракционного микрорельефа		73
	Список литературы к главе 2		83
Глава 3	Расчет ДОЭ в приближении геометрической оптики (Л.Л. Досколович , Н.Л. Казанский, В.А. Сойфер)		85
3.1	Расчет ДОЭ для фокусировки в кривую в приближении геометрической оптики		85
3.2	Криволинейные координаты в задаче фокусировки в кривую		93
3.3	Расчет и исследование геометрооптических фокусаторов		97
	3.3.1	Дифракционная линза	97
	3.3.2	Дифракционная цилиндрическая линза	102
	3.3.3	Фокусатор в кольцо	104
	3.3.4	Фокусатор в полукольцо	114
	3.3.5	Фокусатор в поперечный отрезок	115
	3.3.6	Составной фокусатор в крест	126
	3.3.7	Фокусатор в продольный отрезок	128
3.4	Фокусаторы в двумерную область. Метод согласованных прямоугольников		132
3.5	Коррекция волновых фронтов		138
	3.5.1	Проблема создания волновых фронтов	138
	3.5.2	Оптические схемы с ДОЭ для анализа асферических поверхностей	139
	3.5.3	Расчет плоского компенсатора	142
	3.5.4	Спектральные свойства компенсаторов	144
	3.5.5	Характеристика точности эталонного волнового фронта	145
	3.5.6	Влияние дискретизации и квантования фазовой функции компенсатора на точность эталонного волнового фронта	149
	3.5.7	Формирование волновых фронтов с малым относительным отверстием	151
	3.5.8	Осесимметричные компенсаторы	153
	3.5.9	Формирование волновых фронтов высших порядков	157
	3.5.10	Формирование неосесимметричных волновых фронтов	158
	3.5.11	Формирование внеосевых сегментов волновых фронтов вращения	159
	3.5.12	Формирование волновых фронтов с заданным распределением интенсивности	164
	3.5.13	Практическое использование компенсаторов	168
	Заключение		169
	Список литературы к главе 3		170
Глава 4	Расчет ДОЭ в скалярном приближении теории дифракции (В.В. Котляр, Л.Л. Досколович, В.А. Сойфер)		175
4.1	Итеративные методы расчета ДОЭ		175
	4.1.1	Алгоритм уменьшения ошибки	175
	4.1.2	Алгоритм входа-выхода	178
	4.1.3	Адаптивно-аддитивный алгоритм	179
	4.1.4	Адаптивно-мультипликативный алгоритм	185
	4.1.5	Адаптивно-регуляризационный алгоритм	187
4.2	Расчет ДОЭ, формирующих радиально-симметричные распределения интенсивности		191
	4.2.1	ДОЭ, формирующие кольцевое распределение интенсивности	191
	4.2.2	ДОЭ, формирующие заданное осевое распределение интенсивности	199
	4.2.3	ДОЭ с конечным числом колец на апертуре	202
4.3	Расчет одномерных дифракционных решеток		205
	4.3.1	Бинарные дифракционные решетки	205
	4.3.2	Многоуровневые фазовые дифракционные решетки	212
4.4	Выравнивание интенсивности Гауссова пучка		219
4.5	ДОЭ, формирующие контурные изображения		229
4.6	Расчет квантованных ДОЭ		234
	Заключение		249
	Список литературы к главе 4		250
Глава 5	Многопорядковые ДОЭ (Л.Л. Досколович, В.А. Сойфер)		254
5.1	Многопорядковые фокусаторы		254
	5.1.1	Многопорядковые бинарные зонные пластинки	261
	5.1.2	Нелинейная суперпозиция бинарных ДОЭ	265
5.2	Дифракционные многофокусные линзы		266
5.3	Двухпорядковые ДОЭ		274
5.4	Спектральные ДОЭ		277
	5.4.1	Спектральные дифракционные решетки	278
	5.4.2	Спектральные ДОЭ для фокусировки в набор одинаковых областей	283
	5.4.3	Спектральные линзы	286
	5.4.4	Спектральные ДОЭ для фокусировки в различные области	287
	5.4.5	Расчет спектральных ДОЭ с компенсацией ошибки квантования	289
	5.4.6	Примеры расчета спектральных ДОЭ	290
	Заключение		294
	Список литературы к главе 5		295
Глава 6	Применение теории электромагнитного поля к рассчёту дифракционных решеток (Л.Л. Досколович)		298
6.1	Дифракция на идеально проводящих решетках со ступенчатым профилем		298
6.2	Дифракция на идеально отражающих решетках с непрерывным профилем (приближение Рэлея)		306
6.3	Дифракция на диэлектрических решетках		308
	6.3.1	Диэлектрические решетки с непрерывным профилем (ТM-поляризация)	309
	6.3.2	Бинарные диэлектрические решетки (ТM-поляризация)	313
	6.3.3	Диэлектрические решетки с непрерывным профилем (ТЕ-поляризация)	316
	6.3.4	Бинарные диэлектрические решетки (ТЕ-поляризация)	319
	6.3.5	Примеры расчета решеток	320
6.4	Градиентные методы расчета профиля дифракционных решеток		323
	6.4.1	Отражающие решетки со ступенчатым профилем	323
	6.4.2	Диэлектрические бинарные решетки	326
	6.4.3	Идеально проводящие решетки с непрерывным профилем в приближении Рэлея	336
6.5	Дифракция на двумерных диэлектрических решетках		340
	6.5.1	Дифракция на бинарных решетках	350
	6.5.2	Синтез субволновых антиотражающих покрытий	354
	6.5.3	Расчет поля от линзовых растров	358
	Заключение		360
	Список литературы к главе 6		361
Глава 7	Методы теории электромагнитного поля в микрооптике (Л.Л. Головашкин, В.В. Котляр)		362
7.1	Анализ ДОЭ методом разностного решения уравнений Максвелла		362
	7.1.1	Разностные схемы для двумерных уравнений Максвелла	362
	7.1.2	Дифракция Н-волны на двумерной диэлектрической решетке	369
	7.1.3	Дифракция Н-волны на двумерной идеально проводящей решетке	376
	7.1.4	Дифракция однородной плоской волны на цилиндрическом элементе	383
	7.1.5	Исследование работы цилиндрических микролинз	390
7.2	Метод конечных элементов в микрооптике		391
	7.2.1	Решение уравнения Гельмгольца проекционным методом Галеркина	393
	7.2.2	Метод граничных элементов для решения уравнения Гельмгольца	403
	7.2.3	Гибридный метод на основе метода конечных элементов Галеркина и метода граничных элементов	409
	7.2.4	Дифракция плоской волны на диэлектрическом круговом	412
	7.2.5	Дифракция на цилиндрических микролинзах	416
	7.2.6	Расчет цилиндрических микролинз методом конечных элементов	423
	Список литературы к главе 7		429
Глава 8	Анализ поперечных мод лазерного излучения (В.С. Павельев, С.Н. Хонина, В.В. Котляр, В.А. Сойфер)		432
8.1	Распространение электромагнитного излучения в оптических волноводах		432
	8.1.1	Моды ступенчатого оптического волокна	433
	8.1.2	Моды градиентного оптического волокна	446
8.2	Моданы – дифракционные оптические элементы, согласованные с модами лазерного излучения		449
	8.2.1	Метод введения дополнительной области	452
	8.2.2	Метод знаковой функции с оптимизацией апертуры	469
	8.2.3	Метод частичного кодирования	491
8.3	Расчет ДОЭ, согласованных с характеристиками градиентной среды		499
8.4	ДОЭ для анализа поперечных мод световых полей		511
	8.4.1	Одновременное формирование нескольких самовоспроизводящихся лазерных пучков в различных дифракционных порядках	511
8.5	Селекция мод в свободном пространстве		519
	8.5.1	Селекция мод ГЛ	520
	8.5.2	Селекция мод ГЭ	526
8.6	Передача информации с модовым уплотнением каналов		528
8.7	Оптоволоконные датчики на основе селекции мод		545
	8.7.1	Исследование связи мод вызванной периодическими микроизгибами градиентного волоконного световода	545
	8.7.2	Исследование зависимости мощностей мод на выходе ступенчатого волоконного световода от величины его прогиба	547
	Список литературы к главе 8		553
Глава 9	Формирование самовоспроизводящихся многомодовых лазерных пучков (С.Н. Хонина, В.В. Котляр, В.А. Сойфер)		559
9.1	Многомодовые световые поля с различными свойствами самовоспроизведения		559
	9.1.1	Самовоспроизведение как инвариантность к действию различных операторо	559
	9.1.2	Периодическое самовоспроизведение и вращение при распространении в однородной среде	566
9.2	Метод композиций для синтеза ДОЭ, формирующих многомодовые пучки		572
	9.2.1	Метод производящих функций для базисов, собственных некоторому интегральному оператору	574
	9.2.2	Итеративные алгоритмы расчета фазовых ДОЭ, модифицированные для метода композиций	577
9.3	Формирование самовоспроизводящихся многомодовых лазерных пучков		584
	9.3.1	Бесселевы пучки	584
	9.3.2	Гауссовы пучки	604
	9.3.3	Поля, согласованные со сфероидальными функциями	625
9.4	Формирование нескольких самовоспроизводящихся пучков в различных дифракционных порядках		638
	9.4.1	Многомодовые пучки в разных дифракционных порядках	638
	9.4.2	Пучки с заданным орбитальным угловым моментом	642
	Заключение		648
	Список литературы к главе 9		649
Глава 10	Оптическое манипулирование микрообъектами с помощью ДОЭ (Р.В. Скиданов, С.Н. Хонина, В.В. Котляр, В.А. Сойфер)		657
10.1	Сила взаимодействия светового поля с микрообъектами		657
	10.1.1	Сила взаимодействия светового поля с микро- и наночастицами	657
	10.1.2	Теория оптического захвата	660
10.2	Световые пучки для захвата микрообъектов		664
	10.2.1	Захват и линейное движение микрообъектов	664
	10.2.2	Вращение микрообъектов в световых полях	665
	10.2.3	Одновременный захват группы микрообъектов	670
10.3	Области применения оптического манипулирования		673
	10.3.1	Манипулирование биообъектами	674
	10.3.2	Микромеханика	674
10.4	Управление движением микрообъектов с помощью световых полей сформированных ДОЭ		676
	10.4.1	Особые свойства световых полей сформированных ДОЭ	676
	10.4.2	Моделирование движения микрообъектов в световых полях сформированных ДОЭ	677
	10.4.3	Экспериментальные исследования движения микрообъектов в световых полях сформированных ДОЭ	679
	Заключение		689
	Список литературы к главе 10		690
Глава 11	Синтез ДОЭ на алмазных поликристаллических пленках (В.С. Павельев, Д.Л. Головашкин, В.А. Сойфер)		697
11.1	Технологии формирования микрорельефа на поверхности алмазных пленок		697
	11.1.1	Технология прямой лазерной абляцииалмазных плёнок	698
	11.1.2	Технология ионно-химического травления поверхности алмазных плёнок	700
11.2	Синтез и исследование плоских линз на алмазных пленках		704
11.3	ДОЭ, фокусирующие излучение CO2 - лазера в двумерные области		710
11.4	Анализ антиотражающей субволновой структуры, нанесенной на алмазную пленку		715
11.5	Моделирование работы цилиндрического алмазного ДОЭ с субволновыми технологическими погрешностями микрорельефа		719
11.6	Исследование влияния локальных технологических погрешностей на работу ДОЭ		722
11.7	Стохастическая оптимизация микрорельефа алмазного фокусатора с учетом систематических погрешностей изготовления		725
11.8	Экспериментальное исследование фокусатора в круг		731
	Список литературы к главе 11		733