(45-5) 06 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Оптическое выделение контуров пропускающими структурами металл–диэлектрик–металл
Д.В. Нестеренко 1,2, А.А. Морозов 1, Л.Л. Досколович 1,2

1 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151,
2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

 PDF, 1568 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-853

Страницы: 678-684.

Аннотация:
Экспериментально исследуется возможность реализации аналогового оптического выделения контуров на изображениях оптических объектов на основе пропускающих слоистых резонансных структур металл–диэлектрик–металл. Исследуемая структура на стеклянной подложке, состоящая из тонких слоёв алюминия, разделённых слоем кварца, характеризуется появлением резонансов в пространственном и частотном спектрах пропускания. В работе исследована возможность применения этих структур для оптического выделения контуров на изображениях объекта в проходящем свете на основе подавления освещающего пучка и усиления излучения, рассеянного на краях объекта. Анализ угловых спектров пропускания структур металл–диэлектрик–металл для расходящихся освещающих пучков показал зависимость направленности преимущественного выделения контуров от наклона структуры. Экспериментально продемонстрированы эффект выделения контуров на изображениях оптических элементов, а также зависимость его направленности от преимущественного направления градиента неоднородностей объекта в случае наклонного расположения структуры. Полученные результаты могут найти применение в системах оптической обработки информации и оптической фильтрации.

Ключевые слова:
оптические резонансы, слоистые структуры, металлодиэлектрическая система слоев, оптическое выделение контуров.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (соглашение № 007-ГЗ/Ч3363/26) в части постановки задачи и Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 18-29-20006 и 18-07-00613) в частях теоретического, численного и экспериментального исследований.

Цитирование:
Нестеренко, Д.В. Оптическое выделение контуров пропускающими структурами металл–диэлектрик–металл / Д.В. Нестеренко, А.А. Морозов, Л.Л. Досколович // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 5. – С. 678-684. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-853.

Citation:
Nesterenko DV, Morozov AA, Doskolovich LL. Optical image edge detection by transmissive metal-dielectric-metal structures. Computer Optics 2021; 45(5): 678-684. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-853.

Литература:
  1. Silva, A. Performing mathematical operations with metamaterials / A. Silva, F. Monticone, G. Castaldi, V. Galdi, A. Alù, N. Engheta // Science. – 2014. – Vol. 343, Issue 6167. – P. 160-163. – DOI: 10.1126/science.1242818.
  2. Solli, D.R. Analog optical computing / D.R. Solli, B. Jalali // Nature Photonics. – 2015. – Vol. 9. – P. 704-706.
  3. Bykov, D.A. Temporal differentiation of optical signals using resonant gratings / D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, V.A. Soifer // Optics Letters. – 2011. – Vol. 36, Issue 17. – P. 3509-3511. – DOI: 10.1364/OL.36.003509.
  4. Bykov, D.A. Single-resonance diffraction gratings for time-domain pulse transformations: integration of optical signals / D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, V.A. Soifer // Journal of the Optical Society of America A. – 2012. – Vol. 29, Issue 8. – P. 1734-1740. – DOI: 10.1364/JOSAA.29.001734.
  5. Doskolovich, L.L. Spatial differentiation of optical beams using phase-shifted Bragg grating / L.L. Doskolovich, D.A. Bykov, E.A. Bezus, V.A. Soifer // Optics Letters. – 2014. – Vol. 39, Issue 5. – P. 1278-1281. – DOI: 10.1364/OL.39.001278.
  6. Bykov, D.A. Optical computation of the Laplace operator using phase-shifted Bragg grating / D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, E.A. Bezus, V.A. Soifer // Optics Express. – 2014. – Vol. 22, Issue 21. – P. 25084-25092. – DOI: 10.1364/OE.22.025084.
  7. Bykov, D.A. First-order optical spatial differentiator based on a guided-mode resonant grating / D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, A.A. Morozov, V.V. Podlipnov, E.A. Bezus, P. Verma, V.A. Soifer // Optics Express. – 2018. – Vol. 26, Issue 8. – P. 10997-11006. – DOI: 10.1364/OE.26.010997.
  8. Dong, Z. Optical spatial differentiator based on subwavelength high-contrast gratings / Z. Dong, J. Si, X. Yu, X. Deng // Applied Physics Letters. – 2018. – Vol. 112. – 181102.
  9. Bykov, D.A. Time-domain differentiation of optical pulses in reflection and in transmission using the same resonant grating / D.A. Bykov, L.L. Doskolovich, N.V. Golovastikov, V.A. Soifer // Journal of Optics. – 2013. – Vol. 15, Issue 10. – 105703. – DOI: 10.1088/2040-8978/15/10/105703.
  10. Golovastikov, N.V. Resonant diffraction gratings for spatial differentiation of optical beams / N.V. Golovastikov, D.A. Bykov, L.L. Doskolovich // Quantum Electronics. – 2014. – Vol. 44, Issue 10. – P. 984-988. – DOI: 10.1070/QE2014v044n10ABEH015477.
  11. Zhu, T. Plasmonic computing of spatial differentiation / T. Zhou, Y. Lou, H. Ye, M. Qiu, Z. Ruan, S. Fan // Nature Communications. – 2017. – Vol. 8. – 15391. – DOI: 10.1038/ncomms15391.
  12. Ruan, Z. Spatial mode control of surface plasmon polariton excitation with gain medium: from spatial differentiator to integrator / Z. Ruan // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40, Issue 4. – P. 601-604.
  13. Golovastikov, N.V. An optical differentiator based on a three-layer structure with a W-shaped refractive index profile / N.V. Golovastikov, L.L. Doskolovich, E.A. Bezus, D.A. Bykov, V.A. Soifer // Journal of Experimental and Theoretical Physics. – 2018. – Vol. 127, Issue 2. – P. 202-209. – DOI: 10.1134/S1063776118080174.
  14. Youssefi, A. Analog computing by Brewster effect / A. Youssefi, F. Zangeneh-Nejad, S. Abdollahramezani, A. Khavasi // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41, Issue 15. – P. 3467-3470. – DOI: 10.1364/OL.41.003467.
  15. Нестеренко, Д.В. Оптическое дифференцирование на основе эффекта Брюстера / Д.В. Нестеренко, М.Д. Колесникова, А.В. Любарская // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 5. – С. 758-763. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-758-763.
  16. Nesterenko, D.V. The dependence of the image edge detection directivity by Brewster effect on the gradient of inhomogeneities of objects / D.V. Nesterenko, A.V. Lyubarskaya, M.D. Kolesnikova, V.A. Soifer // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1368. – 022066. – DOI: 10.1088/1742-6596/1368/2/022066.
  17. Kolesnikova, M.D. The resolution of optical image edge detection based on Brewster effect / M.D. Kolesnikova, A.V. Lyubarskaya, D.V. Nesterenko, V.A. Soifer // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1368. – 022016. – DOI: 10.1088/1742-6596/1368/2/022016.
  18. Nesterenko, D.V. Brewster effect in the broadband light reflectivity / D.V. Nesterenko, M.D. Kolesnikova, L.V. Lyubarskaya, V.A. Soifer // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – Vol. 1461. – 012116. – DOI: 10.1088/1742-6596/1461/1/012116.
  19. Pors, A. Analog computing using reflective plasmonic metasurfaces / A. Pors, M.G. Nielsen, S.I. Bozhevolnyi // Nano Letters. – 2015. – Vol. 15, Issue 1. – P. 791-797.
  20. Pors, A. Plasmonic metasurfaces for efficient phase control in reflection / A. Pors, S.I. Bozhevolnyi // Optics Express. – 2013. – Vol. 21, Issue 22. – P. 27438-27451.
  21. Chizari, A. Analog optical computing based on a dielectric meta-reflect array / A. Chizari, S. Abdollahramezani, M.V. Jamali, J.A. Salehi // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41, Issue 15. – P. 3451-3454.
  22. Shu, S. Triple-layer Fabry-Perot absorber with near-perfect absorption in visible and near-infrared regime / S. Shu, Z. Li, Y.Y. Li // Optics Express. – 2013. – Vol. 21, Issue 21. – P. 25307-25315.
  23. Yan, M. Metal–insulator–metal light absorber: a continuous structure / M. Yan // Journal of Optics. – 2013. – Vol. 15, Issue 2. – 025006.
  24. Cui, Y. Plasmonic and metamaterial structures as electromagnetic absorbers / Y. Cui, Y. He, Y. Jin, F. Ding, L. Yang, Y. Ye, S. Zhong, Y. Lin, S. He // Laser and Photonics Reviews. – 2014. – Vol. 8, Issue 4. – P. 495-520.
  25. Ng, C. Plasmonic near-complete optical absorption and its applications / C. Ng, L. Wesemann, E. Panchenko, J. Song, T.J. Davis, A. Roberts, D.E. Gómez // Advanced Optical Materials. – 2019. – Vol. 7, Issue 14. – 1801660.
  26. Li, Z. Large-area, lithography-free super absorbers and color filters at visible frequencies using ultrathin metallic films / Z. Li, S. Butun, K. Aydin // ACS Photonics. – 2015. – Vol. 2, Issue 2. – P. 183-188.
  27. Wesemann, L. Selective near-perfect absorbing mirror as a spatial frequency filter for optical image processing / L. Wesemann, E. Panchenko, K. Singh, E. Della Gaspera, D.E. Gómez, T.J. Davis, A. Roberts // APL Photonics. – 2019. – Vol. 4, Issue 10. – 100801.
  28. Нестеренко, Д.В. Резонансные характеристики пропускающих оптических фильтров на основе структур металл/диэлектрик/металл / Д.В. Нестеренко // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 2. – С. 219-228. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-681.
  29. Nesterenko, D. Approximation of Fabry-Pérot resonances in Ag/quartz/Ag structures / D. Nesterenko, S. Hayashi, V. Soifer // 2020 International Conference on Information Technology and Nanotechnology (ITNT). – 2020. – P. 1-3. – DOI: 10.1109/ITNT49337.2020.9253286.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20