Однонаправленная фокусировка света с использованием структурированных дифракционных поверхностей

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) представили новую оптическую технологию, которая обеспечивает точную фокусировку света — только в одном направлении. Эта новая конструкция однонаправленной фокусировки использует структурированные дифракционные слои, оптимизированные с помощью глубокого обучения для эффективной передачи света в прямом направлении работы, эффективно подавляя нежелательную обратную фокусировку света. Результаты опубликованы в журнале Advanced Optical Materials.

Компактное оптическое устройство обеспечивает сверхвысокое разрешение изображения за пределами дифракционного предела

Исследователи из Китайского университета науки и технологий (USTC) представили планарное оптическое устройство, которое значительно расширяет возможности темнопольной микроскопии, достигая сверхразрешения изображения за пределами дифракционного предела. Работа была проведена под руководством профессора Чжан Доуго и опубликована в Трудах Национальной академии наук. Учёными представлено планарное фотонное устройство, которое объединяет рассеивающий слой, одномерный фотонный кристалл (1DPC) и металлическую пленку для создания спекл-структур темного поля. Это компактное устройство можно легко интегрировать в обычные микроскопы, устраняя необходимость в сложных оптических системах или точной настройке. Ключевое новшество заключается в использовании 1DPC, который действует как фильтр импульсного пространства для создания полых конусов спекл-шаблонов. Эти шаблоны служат источником освещения, позволяя получать высококонтрастные изображения с 1,55-кратным улучшением пространственного разрешения по сравнению с традиционными методами.

Математические решения для изучения двумерного взаимодействия света в фотонных кристаллических лазерах

Фотонные кристаллические поверхностно-излучающие лазеры (PCSEL) — это усовершенствованные лазерные диоды, в которых оптическое усиление обычно распределяется латерально к распространяющемуся свету в структуре фотонного кристалла (PC). Они отличаются от традиционных лазеров разделением функций усиления, обратной связи и излучения, предлагая масштабируемую одномодовую мощность и инновационные конструкции. Это приводит к повышению производительности и новым возможностям применения. В статье, опубликованной в журнале IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 20 ноября 2024 года, учёные разработали метод численного моделирования взаимодействия световых волн внутри PCSEL.

Мультиплексные полностью оптические операции перестановки с использованием реконфигурируемой дифракционной оптической сети

Инженеры Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) представили крупное достижение в области оптических вычислительных технологий, которое обещает улучшить обработку и шифрование данных. Работа опубликована в журнале Laser & Photonics Reviews. Используя внутренние свойства света, исследование представляет новый метод выполнения многомерных операций перестановки с помощью мультиплексированной дифракционной оптической сети. В экспериментальной установке используется реконфигурируемый мультиплексный материал, структурированный с использованием алгоритмов глубокого обучения. Каждый дифракционный слой в сети может вращаться в четырех ориентациях: 0°, 90°, 180° и 270°. Это позволяет вращающемуся дифракционному материалу K-слоя выполнять до 4 в степени K независимых операций перестановки, что делает его универсальным. Исходные входные данные можно расшифровать, применив специальную матрицу обратной перестановки, что гарантирует безопасность данных.

Точное измерении нуклеации переохлажденных жидкостей

Используя интенсивные вспышки рентгеновского лазера на свободных электронах европейского XFEL, учёные поставили эксперимент по измерению нуклеации переохлажденных жидкостей. Эксперименты проводились в вакууме, чтобы рентгеновские лучи не взаимодействовали с молекулами воздуха. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters. В работе использовали аргон и криптон в жидкой форме. Была подробно исследована скорость зарождения кристаллов J(T). Физики бомбардировали жидкие струи рентгеновскими импульсами с энергией 9,7 килоэлектронвольт (кэВ). Каждый рентгеновский импульс длился менее 25 фемтосекунд. Экспериментаторы направили интенсивный рентгеновский свет на струю жидкости толщиной всего 3,5 микрометра, сфокусировав ее на поверхности диаметром менее одного микрометра, и записали несколько миллионов дифракционных изображений. Согласно их результатам, скорости зарождения кристаллов намного меньше, чем предсказанные на основе моделирования и классической теории.

Компьютерная голография сплита Ломана даёт быстрое создание 3D-голограммы при одноэтапном дифракционном расчете

Традиционные методы создания голограмм, генерируемых компьютером (CGH), основаны на повторяющихся вычислениях, что приводит к увеличению вычислительной сложности. Чтобы решить эту проблему, учёные представили новый метод генерации CGH, который значительно снижает вычислительные затраты при сохранении высококачественной 3D-визуализации. Подход использует модель дифракции на основе разделенной линзы Ломана, что позволяет быстро синтезировать трехмерные голограммы посредством одношагового расчета обратного распространения. Благодаря включению специально разработанной виртуальной цифровой фазовой модуляции в разделенную линзу Ломана их метод обеспечивает высокоточную реконструкцию трехмерных сцен с точным восприятием глубины. Для проверки эффективности были проведены моделирование и серия экспериментов.

Фононное упрочнение золота при интенсивном лазерном возбуждении

Получены экспериментальные доказательства фононного упрочнения в лазерно-возбужденном золоте с использованием дифракции рентгеновских лучей на жестком рентгеновском лазере на свободных электронах. Когда некоторые материалы, например кремний, подвергаются интенсивному лазерному возбуждению, они быстро распадаются. Но золото делает обратное: оно становится более прочным и устойчивым. Это происходит потому, что меняется способ совместной вибрации атомов золота – их фононное поведение.

Новый метод измерения дифракции атомов гелия с микроскопическим пространственным разрешением

Исследователи из Кембриджского университета и Университета Ньюкасла недавно представили новый метод измерения дифракции атомов гелия с микроскопическим пространственным разрешением. Этот метод, изложенный в статье в журнале Physical Review Letters, позволяет физикам изучать электроночувствительные материалы и лучше понимать их морфологию с помощью микродифракции гелия. В экспериментах был использован сканирующий гелиевый микроскоп, в котором для коллимации пучка гелия используется точечное отверстие. С помощью этого микроскопа и тщательно разработанной стратегии удалось получить дифракционные картины с небольшой области (около 10 мкм) образца, несмотря на использование фиксированного детектора.

Обнаружение скрытых дефектов материалов с помощью однопиксельного терагерцового датчика

Учёные разработали уникальный терагерцовый датчик, который может быстро обнаруживать скрытые дефекты или объекты в целевом объеме образца с помощью однопиксельного спектроскопического терагерцового детектора. Вместо поточечного сканирования и формирования цифрового изображения этот датчик исследует объем образца, освещенного терагерцовым излучением за один снимок без формирования цифровой обработки изображения. Статья опубликована в журнале Nature Communications. Этот новый датчик состоит из серии дифракционных слоев, автоматически оптимизированных с использованием алгоритмов глубокого обучения. После обучения эти слои преобразуются в физический прототип с использованием подходов аддитивного производства, таких как 3D-печать. Это позволяет системе выполнять полностью оптическую обработку без обременительной необходимости растрового сканирования или захвата/обработки цифровых изображений.

Фемтосекундная электронная и водородная структурная динамика в аммиаке, полученная с помощью дифракции сверхбыстрых электронов

Ученые поймали в действии быстро движущиеся атомы водорода — ключ к бесчисленным биологическим и химическим реакциям. Команда, возглавляемая исследователями из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Стэнфордского университета, использовала дифракцию сверхбыстрых электронов (UED) для регистрации движения атомов водорода внутри молекул аммиака. Предполагалось, что можно отслеживать атомы водорода с помощью дифракции электронов, но до сих пор никому не удалось провести этот эксперимент успешно. Результаты, опубликованные в Physical Review Letters, используют силу высокоэнергетических мегаэлектронвольт (МэВ) электронов для изучения атомов водорода и переноса протона, при котором единственный протон, составляющий ядро атома водорода, перемещается от одной молекулы к другой.