Journal articles - Компьютерная оптика
All articles: 2609
Scientific article
Рассмотрена возможность генерации поверхностных плазмон-поляритонов с орбитальным угловым моментом («закрученных плазмонов») на цилиндрических проводниках дифракционным методом ("end-fire coupling technique") в спектральном диапазоне от 8,5 до 141 мкм (~2 - 40 ТГц). Торец цилиндра освещается Бесселевыми пучками, сформированными с помощью бинарных спиральных фазовых аксиконов, или кольцевыми закрученными пучками, сформированными в фокальной плоскости дополнительной линзы. Построены графики, определяющие связь между параметрами волновода (диаметр проводника, равный диаметру освещающего пучка, и угол «закрутки» плазмона) и параметрами аксикона (отношение периода аксикона к длине волны излучения) для указанных выше длин волн и топологических зарядов пучков от 1 до 9. Полученные результаты свидетельствуют о возможности проведения в длинноволновом диапазоне экспериментов по моделированию плазмонного мультиплексного канала связи.
Free
Оптимизация параметров инжекционного литья мультилинз из термопластичных полимеров
Scientific article
Предложен метод оптимизации параметров инжекционного литья с использованием численного имитационного моделирования процесса. На примере изготовления оптического элемента для дорожного освещения определены критерии качества отливок мультилинз, наиболее полно характеризующие возможное отклонение поверхностей от расчётной модели. С использованием оптимально подобранных параметров инжекционного литья и геометрических размеров пресс-формы изготовлены мультилинзы из поликарбоната с наибольшей погрешностью расположения оптических поверхностей, по результатам моделирования в пределах значений допусков для 7-го квалитета точности.
Free
Оптимизация параметров планарной бинарной линзы для видимого диапазона излучения
Scientific article
В работе проведено 3D моделирование фокусировки линейно-поляризованного света планарной бинарной цилиндрической линзой, аналогичной градиентной линзе Микаэляна, для видимого света с длиной волны (lambda) = 0,532 нм. Показатель преломления материала линзы n = 1,56. Минимальный диаметр фокусного пятна на выходе линзы равен 0,37 от длины волны света по полуспаду интенсивности. Эффективность фокусировки света при этом равна 41%. Моделирование проводилось FDTD-методом с помощью коммерческой программы FullWave фирмы RSoft.
Free
Оптимизация параметров устройства трибометрического измерения чистоты поверхности подложек
Scientific article
Проведена оптимизация параметров и режимов работы устройства экспресс-контроля чистоты поверхности, реализующего метод трибометрического взаимодействия двух подложек. В результате оптимизации определены количественные значения параметров и режимы работы устройства, при которых осуществляется прецизионное измерение чистоты поверхности подложек. Показано, что применение совместно с устройством экспресс-контроля компьютерного анализа обеспечивает возможность многократного использования подложки-индентора при контроле чистоты всей площади поверхности подложек, а также поверхностей с разной степенью загрязнения.
Free
Оптимизация поля температур при лазерной обработке материалов с применением фокусаторов излучения
Scientific article
Разработана модель управления тепловым воздействием на конструкционные материалы энергетических источников с пространственно-временным модулированием распределения плотности мощности, проведены теоретические и экспериментальные исследования температурных полей, имеющих место в материалах при проведении лазерной термической обработки с применением фокусаторов излучения [1]. Проведены теоретические и экспериментальные исследования формирования требуемого температурного поля в материалах, разработана методика определения требуемого теплового потока. Это позволяет реализовать ситуацию, когда инструмент - лазерный луч (форма светового пятна и распределение интенсивности излучения) рассчитывается под потребности технологии, а не наоборот. Контроль температурных полей осуществлялся оптико-электронной системой анализа потоков теплового излучения от объекта. Экспериментальная проверка распределения поля температур по глубине зоны термического влияния проводилась с использованием методов металлографического анализа. Проведенные экспериментальные исследования показали, что расчетные значения температур для выбранного класса материалов в широких диапазонах скорости движения (V=(2…30).10-3 м/с) и мощности (Qп=(0,2…1).103 Вт) удовлетворительно (погрешность δ ≤ 15..25%) совпадают с экспериментальными.
Free
Scientific article
Рассматриваются вопросы математического моделирования просветляющих покрытий элементов оптоэлектроники с учетом спектрального взаимодействия.
Free
Оптимизация размещения средств наблюдения в трёхмерной сцене с целью минимизации «слепых зон»
Scientific article
Рассматривается применение средств наблюдения различных типов и их конфигурации в разработанном программном комплексе, предназначенном для минимизации «слепых зон» в сложной трёхмерной сцене. Описывается архитектура программного комплекса, принцип работы средств наблюдения, алгоритм определения слепых зон. Формальная постановка задачи минимизации «слепых зон» сведена к решению оптимизационной задачи для специально определённого графа наблюдаемости.
Free
Scientific article
В работе решается задача восстановления большеформатных изображений посредством фильтрации. Описывается метод секционированной свертки. Представляется метод выбора оптимального размера блока. Приводится базовый алгоритм ДПФ для выбранного размера блока, указывается его вычислительная сложность, а также характеристики реализации.
Free
Оптимизация схемы Д. Габора для записи компьютерных голограмм
Scientific article
Обсуждаются возможности цифрового восстановления голограмм, записанных на матричном фотоприемнике по схеме Д. Габора. Рассматриваются вопросы определения предельных расстояний от объекта до голограммы, в зависимости от характеристик матричного фотоприемника и геометрических параметров схемы записи. При записи и восстановлении компьютерных голограмм на небольших расстояниях качество восстановленных изображений достаточно низкое, что связано, прежде всего, с наличием сопряженного мнимого изображения, удаленного на малое расстояние от действительного. На больших расстояниях влияние мнимого изображения уменьшается, но при этом излучение опорной волны, дифрагирующее на высокочастотных периодах голограммы, выходит из области построения действительного изображения, что снижает качество восстановления действительного изображения.
Free
Оптимизация ядра диффузии ошибки для растрирования полутоновых изображений
Scientific article
Настоящая работа посвящена поиску наилучшего с точки зрения качества ядра в методе диффузии ошибки, используемом для растрирования полутоновых изображений, при различных ограничениях на вид ядра. В качестве объективной меры качества использовался показатель WSNR. Его выбор обусловлен результатами сравнения с другими мерами. Задача многомерной оптимизации решалась численно с использованием нескольких известных алгоритмов: Нелдера–Мида, BFGS и др. В результате исследования найдено ядро, позволяющее обеспечить выигрыш по качеству около 5% в сравнении с наилучшим из традиционно используемых ядром Флойда. Другие ядра позволяют существенно снизить вычислительную сложность алгоритма без снижения качества. Поскольку метод диффузии ошибки, существенно превосходя используемые в полиграфии методы по качеству получаемых образцов, всё же не находит широкого применения в этой области из-за относительно низкой скорости работы, полученные в работе результаты могут способствовать более активному использованию данного метода на практике.
Free
Scientific article
Рассмотрена задача оптимизации и изготовления субволновой бинарной цилиндрической пропускающей дифракционной линзы с фокусным расстоянием f = 300 мм для длины волны λ = 141 мкм. В качестве материала подложки дифракционной линзы использовался высокоомный кремний. Расчётное значение угла падения освещающего пучка составляло π /6. Параметрами оптимизации были выбраны высота профиля дифракционной линзы и коэффициент заполнения штриха. Главной целью оптимизации конструкции было увеличение дифракционной эффективности линзы. Расчёт дифракционной эффективности дифракционной линзы осуществлялся методом Фурье-мод. Дифракционная линза изготовлена методом плазмохимического травления (Бош-процесс) поверхности кремниевой подложки. Оценка дифракционной эффективности рассчитанной линзы составила e = 70 %. Однако экспериментально измеренная дифракционная эффективность была значительно меньше расчётной. В статье приведён анализ снижения дифракционной эффективности, связанного с 1) технологическими погрешностями формирования дифракционного микрорельефа; 2) деструктивной интерференцией излучения в случае отсутствия учёта толщины кремниевой подложки при расчёте микрорельефа. Приведены рекомендации по расчёту микрорельефа с учётом толщины подложки.
Free
Scientific article
Предложен метод расчета дифракционной нейронной сети (ДНС) для решения различных задач классификации изображений на различных длинах волн. В рамках метода задача расчета ДНС формулируется как задача минимизации функционала, зависящего от функций высот микрорельефа дифракционных оптических элементов, образующих ДНС, и представляющего ошибку решения заданных задач классификации на расчетных длинах волн. Для производных функционала получены явные выражения, и на этой основе сформулирован градиентный метод расчета дифракционной нейронной сети. С использованием предложенного градиентного метода рассчитаны ДНС для решения трех различных задач классификации изображений на трех длинах волн. Представленные результаты моделирования работы рассчитанных ДНС демонстрируют хорошие рабочие характеристики предложенного метода.
Free
Оптическая микроманипуляция с использование бинарного динамического модулятора света
Scientific article
Экспериментально показана возможность захвата, перемещения и позиционирования микрообъектов с помощью бинарного динамического модулятора света. Описана методика формирования световых пучков для реализации перемещения микрообъектов с помощью динамического модулятора света.
Free
Оптическая микроманипуляция с использованием бинарных фокусаторов
Scientific article
Рассчитаны ДОЭ, позволяющие формировать заданное распределение амплитуды и фазы. Эти ДОЭ предназначены для использования в задачах оптической микроманипуляции. Рассмотрены эксперименты по оптическому захвату микрообъектов с использованием указанных выше элементов. Представлены результаты эксперимента по оптическому захвату сферических микрообъектов в нескольких световых пучках с заданным распределением фазы.
Free
Оптическая микроманипуляция с использованием микровзрывов частиц полистирола
Scientific article
Описано поведение полистироловых микрочастиц в сфокусированном пучке ультрафиолетового импульсно-периодического лазера с длиной волны 355 нм. Представлен способ перемещения микрообъектов размером от 10 до 200 мкм за счёт микровзрывов частиц полистирола. Представлены результаты натурного эксперимента по перемещению микрообъекта размером около 200 мкм.
Free
Scientific article
Если вблизи поверхности (на расстоянии меньше 100 нм) высокоапертурной градиентной микролинзы из кремния с показателем преломления в виде гиперболического секанса, которая (линза) освещается лазерным излучением с длиной волны 1,55 мкм, на оптической оси расположить диэлектрическую наночастицу (диаметр около 70 нм), то ее будет притягивать к поверхности линзы с силой в доли пиконьютона. А если в линзе сделано углубление, то наночастица будет втягиваться в это углубление. Своего рода «оптический магнит». Если вблизи выходной поверхности такой градиентной линзы сформировать на оптической оси обратный поток энергии, то его присутствие приведет к тому, что диэлектрическая наночастица с поглощением будет «притягиваться» к поверхности с большей силой, чем такая же частица без поглощения. В отсутствие обратного потока обе частицы (с поглощением и без) притягиваются одинаково. Расчеты полей выполнены методом конечных разностей во временной области, а силы рассчитаны с помощью тензора напряжений Максвелла.
Free
Оптическая система для дистанционного зондирования в УФ -, видимом и ближнем ИК-диапазонах
Scientific article
При использовании орбит с большими высотами для дистанционного зондирования Земли требуется специальная оптическая система. В данной работе представлена оптическая система с полем зрения 4°, обеспечивающая высокое разрешение для спектрального диапазона 200 - 3300 нм. Рассчитаны и приведены параметры конструктивных элементов системы. Рассмотрены точечные диаграммы пятен рассеяния для центра поля, промежуточных зон и на краю поля, и представлены кривые аберраций. Показано, что для большей части рабочего спектрального диапазона оптическая система является дифракционно-ограниченной, что способствует получению максимально возможного пространственного разрешения. Система рассматривается как инструмент для дистанционного зондирования Земли и сбора информации в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах.
Free
Оптическая система для проведения селективной лазерной сублимации компонентов металлических сплавов
Scientific article
Определена возможность применения в составе лазерной технологической установки фокусатора излучения и зеркала со сферической поверхностью для проведения селективной лазерной сублимации компонента модельного сплава системы Сu-Zn. Установлено, что при повороте фокусатора излучения происходит поворот оси фокального отрезка в плоскостях меридионального и сагиттального фокусов оптической системы, изменяются фокусные расстояния, длины фокальных отрезков уменьшаются, при этом средняя величина плотности мощности увеличивается.
Free
Оптическая система измерителя метеорологической оптической дальности
Scientific article
Рассмотрены принципы построения измерителя метеорологической оптической дальности видимости, получено новое соотношение для его определения. Приведена оптическая схема измерителя метеорологической оптической видимости и приведены характеристики нового измерителя.
Free
Scientific article
Разработана и экспериментально испытана новая оптическая система для преобразования поляризации модовых пучков из линейной (наиболее характерной для лазерного излучения) в аксиально-симметричные (радиальную или азимутальную, как более эффективные в различных приложениях), а также с разнообразной неоднородной структурой. Схема основана на когерентном сложении модовых пучков с использованием фазовых дифракционных решеток, позволяющих менять межмодовый фазовый сдвиг без применения дополнительных элементов. Простота и универсальность схемы достигается за счет применения дифракционных оптических элементов для генерации заданных модовых распределений необходимой ориентации в пространстве, а также получения одновременно нескольких разных поперечных мод в разных лучах для их дальнейшей комбинации.
Free
