Advances in Imaging & Electron Physics merges two long-running serials-Advances in Electronics & Electron Physics and Advances in Optical & Electron Microscopy. The series features extended articles on the physics of electron devices (especially semiconductor devices), particle optics at high and low energies, microlithography, image science and digital image processing, electromagnetic wave propagation, electron microscopy, and the computing methods used in all these domains. - Contributions from leading authorities- Informs and updates on all the latest developments in the field
Front Cover 1
EDITOR-IN-CHIEF 3
ADVANCES IN IMAGING AND ELECTRON PHYSICS 4
Copyright 5
CONTENTS 6
PREFACE 8
FUTURE CONTRIBUTIONS 10
CONTRIBUTORS 14
Chapter 1 - Gaussian Beam Propagation in Inhomogeneous Nonlinear Media. Description in Ordinary Differential Equations by C ... 16
1. INTRODUCTION 17
2. CGO: FUNDAMENTAL EQUATIONS, MAIN ASSUMPTIONS, AND BOUNDARY OF APPLICABILITY 21
3. GAUSSIAN BEAM DIFFRACTION IN FREE SPACE. CGO METHOD AND CLASSICAL DIFFRACTION THEORY 26
4. ON-AXIS PROPAGATION OF AN AXIALLY SYMMETRIC GAUSSIAN BEAM IN SMOOTHLY INHOMOGENEOUS MEDIA 30
5. GENERALIZATION OF THE CGO METHOD FOR NONLINEAR INHOMOGENEOUS MEDIA 33
6. SELF-FOCUSING OF AN AXIALLY SYMMETRIC GAUSSIAN BEAM IN A NONLINEAR MEDIUM OF THE KERR TYPE. THE CGO METHOD AND SOLUTIONS OF ... 35
7. SELF-FOCUSING OF ELLIPTICAL GB PROPAGATING IN A NONLINEAR MEDIUM OF THE KERR TYPE 36
8. ROTATING ELLIPTICAL GAUSSIAN BEAMS IN NONLINEAR MEDIA 38
9. ORTHOGONAL RAY-CENTERED COORDINATE SYSTEM FOR ROTATING ELLIPTICAL GAUSSIAN BEAMS PROPAGATING ALONG A CURVILINEAR TRAJECTORY ... 41
10. COMPLEX ORDINARY DIFFERENTIAL RICCATI EQUATIONS FOR ELLIPTICAL ROTATING GB PROPAGATING ALONG A CURVILINEAR TRAJECTORY IN A ... 43
11. ORDINARY DIFFERENTIAL EQUATION FOR THE COMPLEX AMPLITUDE AND FLUX CONSERVATION PRINCIPLE FOR A SINGLE ROTATING ELLIPTICAL G ... 47
12. GENERALIZATION OF THE CGO METHOD FOR N-ROTATING GBS PROPAGATING ALONG A HELICAL RAY IN NONLINEAR GRADED-INDEX FIBER 48
13. SINGLE-ROTATING GB. EVOLUTION OF BEAM CROSS SECTION AND WAVE-FRONT CROSS SECTION 51
14. PAIR OF ROTATING GBS 63
15. THREE- AND FOUR-ROTATING GBS 90
16. CONCLUSION 121
REFERENCES 124
Chapter 2 - Single-Particle Cryo-Electron Microscopy (Cryo-EM): Progress, Challenges, and Perspectives for Further Improvement 128
1. INTRODUCTION 129
2. GOING BEYOND LARGE PARTICLES WITH HIGH SYMMETRY: DEFINING THE PROBLEM 132
3. PERSPECTIVES FOR FURTHER IMPROVEMENT OF SINGLE-PARTICLE CRYO-EM 146
4. SUMMARY: HIGH-RESOLUTION STRUCTURE ANALYSIS BY CRYO-EM SEEMS TO BE RAPIDLY APPROACHING ITS FULL POTENTIAL 149
ACKNOWLEDGMENTS 150
REFERENCES 150
Chapter 3 - Morphological Amoebas and Partial Differential Equations 154
1. INTRODUCTION 155
2. DISCRETE AMOEBA ALGORITHMS 162
3. CONTINUOUS AMOEBA FILTERING 170
4. SPACE-CONTINUOUS ANALYSIS OF AMOEBA FILTERS 174
5. PRESMOOTHING AND AMOEBA FILTERS 202
6. EXPERIMENTS 206
7. CONCLUSION 213
APPENDIX 215
REFERENCES 223
Contents of Volumes 151-184 228
Volume 151 228
Volume 152 228
Volume 153 228
Volume 154 229
Volume 155 229
Volume 156 229
Volume 157 229
Volume 158 229
Volume 159 229
Volume 160 229
Volume 161 230
Volume 162 230
Volume 163 230
Volume 164 230
Volume 165 230
Volume 166 230
Volume 167 231
Volume 168 231
Volume 169 231
Volume 170 231
Volume 171 231
Volume 172 232
Volume 173 232
Volume 174 232
Volume 175 232
Volume 176 232
Volume 177 232
Volume 178 232
Volume 179 233
Volume 180 233
Volume 181 233
Volume 182 233
Volume 183 233
Volume 184 233
INDEX 234
Colour Plates 238
Gaussian Beam Propagation in Inhomogeneous Nonlinear Media
Description in Ordinary Differential Equations by Complex Geometrical Optics
Abstract
The method of complex geometrical optics (CGO) is presented, which describes the rotation of Gaussian beam (GB) propagating along a curvilinear trajectory in a smoothly inhomogeneous and nonlinear saturable optical medium. The CGO method reduces the problem of Gaussian beam diffraction and self-focusing in inhomogeneous and nonlinear media to the system of the first-order ordinary differential equations for the complex curvature of the wave front and for GB amplitude, which can be readily solved both analytically and numerically. As a result, CGO radically simplifies the description of Gaussian beam diffraction and self-focusing effects as opposed to the other methods of nonlinear optics, such as the variational method approach, method of moments, and beam propagation method. We first present a short review of the applicability of the CGO method to solve the problem of GB evolution in inhomogeneous linear and nonlinear media of the Kerr type. Moreover, we discuss the accuracy of the CGO method by comparing obtained solutions with known results of nonlinear optics obtained by the nonlinear parabolic equation within an aberration-less approximation. The power of the CGO method is presented by showing the example of N-rotating GBs interacting in a nonlinear inhomogeneous medium. We demonstrate the great ability of the CGO method by presenting explicitly the evolution of beam intensities and wave front cross sections for two, three, and four interacting beams. To our knowledge, the analyzed phenomenon of N-interacting rotating beams is a new problem of nonlinear wave optics, which demands a simple and effective method of solving it. Thus, we believe that the CGO method can be an interesting and effective tool to use to address sophisticated problems in electron physics.
Keywords
rotating Gaussian beams interacting in nonlinear medium; self-focusing; light diffraction; complex geometrical optics
1. Introduction
Erscheint lt. Verlag | 17.7.2014 |
---|---|
Mitarbeit |
Herausgeber (Serie): Peter W. Hawkes |
Sprache | englisch |
Themenwelt | Mathematik / Informatik ► Informatik ► Theorie / Studium |
Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie ► Atom- / Kern- / Molekularphysik | |
Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie ► Elektrodynamik | |
Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik | |
Technik ► Maschinenbau | |
ISBN-10 | 0-12-800308-1 / 0128003081 |
ISBN-13 | 978-0-12-800308-4 / 9780128003084 |
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Größe: 20,6 MB
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