Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
Субволновая фокусировка лазерного излучения смешанной азимутально-линейной поляризации
Статья научная
В данной работе был рассмотрен четырёхсекторный пропускающий преобразователь поляризации для длины волны 633 нм, с помощью которого можно получить азимутально-поляризованный пучок из линейно-поляризованного. Численно показано, что, поместив непосредственно за преобразователем поляризации зонную пластинку Френеля с фокусным расстоянием 532 нм, можно сфокусировать свет в субволновое фокусное пятно с размерами по полуспаду интенсивности меньше дифракционного предела (размеры по полуспаду интенсивности равны 0,28 и 0,45 от длины волны фокусируемого света). Если же после прохождения четырёхсекторного пропускающего преобразователя свет сначала распространяется в свободном пространстве на расстояние 300 мкм и только потом фокусируется зонной пластинкой, то размер фокусного пятна составляет 0,42 и 0,81 от длины волны фокусируемого света (при этом размер пятна, сформированного только поперечной составляющей напряженности электрического поля, был равен 0,42 и 0,59 от длины волны). Последний численный результат был проверен экспериментально, полученные размеры пятна были равны 0,46 и 0,57 от длины волны.
Бесплатно
Субволновая фокусировка с помощью бинарного микроаксикона с периодом 800 нм
Статья научная
С помощью сканирующего микроскопа ближнего поля NT-MDT c кантиливером с отверстием 100 нм на расстоянии 100 нм от поверхности микроаксикона с диаметром 13,6 мкм периодом 800 нм и глубиной 465 нм, изготовленного совместно ИСОИ РАН и Университетом Сэнт-Эндрюса (Шотландия) по технологии электронной литографии на резисте ZEP520A, измерено фокусное пятно линейно-поляризованного лазерного света с длиной волны 532 нм, которое имело диаметр по полуспаду интенсивности равный 320 нм, что составляет 0,61 от длины волны. Глубина фокусировки по полуспаду интенсивности была равна 3 мкм, причём экспериментальные точки осевой интенсивности в фокусном отрезке с хорошей точностью (с.к.о. 13%) наложились на расчётную кривую осевой интенсивности, а приближённая оценка и строгое моделирование дают диаметр фокусного пятна по полуспаду интенсивности равный 0,54 от длины волны. Интенсивность в максимуме на оптической оси в 7 раз больше, чем интенсивность освещающего пучка.
Бесплатно
Субволновая фокусировка с помощью зонной пластинки Френеля с фокусным расстоянием 532 нм
Статья научная
Изготовлена и исследована фазовая бинарная зонная пластинка с фокусным расстоянием 532 нм, радиусом 7,7 мкм и глубиной рельефа 510 нм. С помощью ближнепольного микроскопа показано, что при освещении пластинки линейно поляризованным Гауссовым пучком с длиной волны 532 нм формируется фокусное пятно с диаметром интенсивности по полуспаду, равным 0,44 от длины волны.
Бесплатно
Статья научная
Для определения ориентации по изображению звёздного поля, полученному цифровой камерой, необходимо обнаружить изображения отдельных звёзд и определить их координаты с субпиксельным разрешением. Эта задача относительно легко решается, если изображение получено неподвижной камерой, наблюдающей ясное ночное небо. Затруднение возникает при наблюдении звёзд поворачивающейся камерой на фоне дневного неба, когда смазанные изображения звёзд практически невозможно обнаружить в фоновом шуме в одном кадре. Из этого затруднения можно выйти за счёт накопления некоторого количества последовательных кадров, в которых предварительно выполнена согласованная фильтрация смаза. В работе рассматривается алгоритм накопления последовательности кадров, реализованный в виде многоканального накопителя, состоящего из нескольких однотипных накопительных каналов, работающих параллельно. Плоскость накопленного изображения в каждом канале совпадает с плоскостью первого кадра накапливаемой последовательности. Субпиксельное разрешение в определении координат обнаруженных изображений звёзд достигается за счёт введения внутрипиксельной дискретизации в первом кадре. Ориентация текущего кадра относительно первого кадра вычисляется из измерений гироскопов астроинерциального датчика. При синтезе импульсных реакций фильтров, согласованных со смазом в очередном кадре, учитываются ориентация этого кадра и расположение узлов внутрипиксельной дискретизации первого кадра. Приводятся расчётные формулы для определения числа накапливаемых кадров в зависимости от угловой скорости вращения камеры, интенсивности фона и яркости наблюдаемых звёзд. Результаты моделирования показывают возможность обнаружения смазанных изображений относительно тусклых звёзд на фоне дневного неба и определения их координат с субпиксельным разрешением.
Бесплатно
Суперпозиция вихревых световых пучков для захвата и перемещения биологических микрообъектов
Статья научная
В статье рассматривается возможность формирования модифицированной оптической ловушки для биологических микрообъектов из суперпозиции вихревых световых пучков. Представлены результаты экспериментов с использованием таких пучков.
Бесплатно
Суперпозиция двух смещенных с оптической оси пучков Лагерра-Гаусса
Статья научная
В работе найдены топологические заряды суперпозиции двух симметрично-смещенных с оптической оси пучков Лагерра-Гаусса с номерами (0, m ) и (0, n ). Показано, что если m = n , тотопологический заряд суперпозиции равен n . То есть два одинаковых смещенных с оптической оси пучка Лагерра-Гаусса имеют топологический заряд, как один пучок Лагерра-Гаусса. Если m 1 = ( m + n ) / 2, TC2 = TC1 + 1, TC3 = TC1 + 1/2 и TC4 = TC1 - 1/2. Правила выбора одного из 4 значений топологических зарядов также установлены. При отсутствии смещения с оптической оси двух пучков Лагерра-Гауссатопологический заряд суперпозиции равен большему из двух топологических зарядов, то есть n . А при любом сколь угодно малом смещении с оптической оси топологический заряд суперпозиции либо остается таким же, как до смещения, либо уменьшается на четное число. Это объясняется тем, что из бесконечности «приходит» четное число оптических вихрей с топологическим зарядом- 1, которые компенсируют такое же число оптических вихрей в суперпозиции с топологическим зарядом + 1. Интересно также, что при сложении двух смещенных с оптической оси пучков Лагерра-Гаусса с определенными наклонами к оптической оси, такими, чтобы суперпозиция являлась структурно-устойчивым пучком, на некоторой линии формируется бесконечное число винтовых дислокаций с топологическим зарядом + 1. Полный топологический заряд такой суперпозиции бесконечный.
Бесплатно
Сухое травление поликристаллических алмазных пленок
Статья научная
Использование мощных СО2 лазеров в промышленности определяет актуальность создания силовых пропускающих дифракционных оптических элементов (ДОЭ) для дальнего ИК-диапазона. Последние достижения в области газофазного синтеза позволяют получать поликристаллические алмазные пленки (АП) с оптическими и теплофизическими свойствами, близкими к свойствам монокристаллов. В предлагаемой статье показана возможность формирования дифракционного микрорельефа на алмазных пленках методами сухого травления. Описана технологическая схема получения микрорельефа с помощью ионнохимического травления алмазной подложки. Приведенные результаты измерений сформированного микрорельефа подтверждают перспективность предлагаемого подхода.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается схема разделения секрета, использующая представление данных в виде n-мерного объекта и переход к его метрическим характеристикам. Рассматривается возможность применения и оптимизация данного алгоритма для защищенной передачи видеоданных. Описывается создание системы фильтров обработки видеоданных для защищенной передачи по сети Internet.
Бесплатно
Схема синтеза логических моделей изображений, допускаемых эффективными распознающими операторами
Статья
Бесплатно
Тематическая классификация гиперспектральных изображений по показателю сопряжённости
Статья научная
Исследуется алгоритм тематической классификации гиперспектральных изображений, основанный на применении в качестве меры близости показателя сопряжённости с подпространством, образованным векторами признаков заданного класса. Рассматриваемая мера близости по существу является обобщением метода спектрального угла (Spectral Angle Mapper), реализованного в пакете обработки гиперспектральных данных ENVI. В данном случае, вместо вычисления косинуса угла между двумя векторами, вычисляется косинус угла между распознаваемым вектором и подпространством. В работе описаны различные модификации предлагаемого метода: с разбиением класса на подклассы и с приведением векторов, представляющих все гиперпиксели изображения, к нулевому среднему. Приводятся результаты экспериментов на тестовых гиперспектральных изображениях, иллюстрирующие возможность достижения более высокого качества классификации по сравнению с методом спектрального угла.
Бесплатно
Теоремы о сохранении орбитального углового момента суперпозиций смещённых оптических вихрей
Статья научная
Доказаны две теоремы о сохранении орбитального углового момента (ОУМ) суперпозиции одинаковых оптических вихрей с произвольной радиально-симметричной формой и целым топологическим зарядом n, смещённых с оптической оси. Нормированный ОУМ такой суперпозиции при произвольном смещении центров пучков с оптической оси и при любых вещественных весовых коэффициентах равен ОУМ каждого отдельного пучка, входящего в суперпозицию. Если центры пучков находятся на одной прямой, проходящей через начало координат, то даже при комплексных весовых коэффициентах нормированный ОУМ суперпозиции равен ОУМ каждого отдельного входящего в неё пучка. Эти теоремы позволяют формировать лазерные вихревые пучки с разным (не обязательно радиально-симметричным) распределением интенсивности, но обладающие одинаковым ОУМ. Приведены результаты численного моделирования для суперпозиций пучков Бесселя, Ханкеля-Бесселя, Бесселя-Гаусса и Лагерра-Гаусса с одинаковыми ОУМ.
Бесплатно
Статья научная
Ставится и решается задача автоматического распознавания изображений без учителя на основе метода направленного перебора. Исследована новая теоретико-вероятностная модель полутонового изображения. Её применение позволило синтезировать новый критерий распознавания с самообучением на основе оптимального байесовского правила проверки статистических гипотез. Представлены программа и результаты экспериментального исследования для идентификации личности по фотографии лица. Показано, что применение предложенной модели совместно с методом направленного перебора характеризуется существенным сокращением объёма вычислений при сохранении высоких показателей точности распознавания изображений.
Бесплатно
Статья научная
Исследуются вероятностные модели кодирования дискретных сообщений и распознавания образов (классификации объектов) по ансамблям данных различной модальности. Для рассматриваемых моделей построены аналитические зависимости наименьшей средней взаимной информации между ансамблем данных и множеством возможных решений от допустимой вероятности ошибки в форме монотонно убывающих функций. Приводятся примеры таких функций для схемы кодирования независимых символов конечного алфавита, представленных парами значений с возможными искажениями, и для схемы классификации составных объектов, заданных изображениями лица и подписи. Обращения полученных функций дают нижние границы вероятности ошибки при заданном количестве обрабатываемой информации. Полученные соотношения представляют двухфакторные критерии качества принимаемых решений в задачах кодирования и классификации и являются обобщениями известной в теории информации функции «скорость-погрешность» (rate distortion function).
Бесплатно
Статья научная
В статье последовательно описывается теоретическая основа нового геометрического метода анализа и распознавания трёхмерных (3D) изображений. Даётся описание техники сканирования для формирования гипертрейс-преобразования и его математическая модель. Данный метод в отличие от существующих позволяет анализировать 3D-изображения без предварительного их упрощения или построения проекций на плоскости, анализируя непосредственно их трёхмерную форму. Обоснован выбор сканирующего инструмента и построение опорной сетки на сфере, необходимой для решения проблемы инвариантности распознавания 3D-изображения к повороту. Разработан математический аппарат стохастической реализации техники сканирования на основе стохастической геометрии и функционального анализа. Введён новый математический инструмент для анализа 3D-изображений - гипертрейс-матрица, позволяющий распознавать пространственные объекты сложной формы и структуры благодаря построению единой математической модели 3D-изображения. Представлено описание нового типа признаков 3D-изображений, имеющих аналитическую структуру, - гипертриплетные признаки, благодаря аналитической структуре которых возможна автоматическая генерация большого количества признаков с заранее заданными свойствами. Рассматриваются результаты экспериментальной проверки, демонстрирующие точность вычисления признаков для распознавания 3D-изображения и доказывающие адекватность разработанного математического аппарата.
Бесплатно
Статья научная
Проведено аналитическое и численное исследование формирования цилиндрических векторных пучков в двулучепреломляющих кристаллах по схемам с одним совмещённым фокусом и с двумя фокусами. В схеме с двумя фокусами при наличии вихревой фазы у исходного пучка c круговой поляризацией в одном из фокусов формируется радиально-поляризованное распределение, а в другом - азимутально-поляризованное. Данные результаты обобщены на случай формирования радиально- и азимутально-поляризованных лазерных мод высших порядков. Натурные эксперименты с кристаллом исландского шпата подтверждают результаты моделирования.
Бесплатно
Теория возмущений для уравнения Шрёдингера в периодической среде в квазиимпульсном представлении
Статья научная
В статье проанализированы некоторые известные результаты о движении осциллятора Блоха в кристалле в импульсном представлении. Показано, что описание движения электрона в изложении ряда авторов является неполным. На самом деле, точное описание поведения электрона в кристаллической решётке возможно только на основе решения уравнения Шрёдингера в импульсном представлении. В работе получены приближённые решения уравнения Шрёдингера для электрона в периодическом потенциале кристаллической решётки и уравнения для эволюции средних значений оператора импульса и координаты. Для описания поведения электрона в кристаллической решётке при наличии однородного электрического поля и возмущения, вызванного внешней электромагнитной волной, использована теория возмущений. Представленные методы в дальнейшем можно использовать для расчёта оптических устройств, в том числе оптических транзисторов.
Бесплатно
Теория катастроф и каустики радиально-симметричных пучков
Статья научная
Работа посвящена исследованию каустик радиальных пучков. Найдены аналитические выражения для каустических поверхностей волновых фронтов, создаваемых радиально-симметричными дифракционными оптическими элементами. Результат представлен в криволинейной системе координат, согласованной с каустической поверхностью. Получено асимптотическое представление интеграла Кирхгофа вблизи оптической оси, обеспечивающее корректность расчетов в непараксиальном случае.
Бесплатно
Теория когерентных фокусаторов
Статья научная
Сравниваются два типа фокусаторов: один с ранее использовавшимся "интегральным" определением интенсивности и второй, названный когерентным, с определением интенсивности, имеющим локальный характер. Решение обеих задач сводится к интегрированию обыкновенного дифференциального уравнения.
Бесплатно
Теория связанных мод для резонансных дифракционных решёток с изменяющимся периодом
Статья научная
В работе предложена теория связанных мод для резонансных дифракционных решеток с изменяющимся периодом. Рассмотрены дифракционные структуры, у которых вектор обратной решетки - величина, обратно пропорциональная периоду, - линейно изменяется в направлении периодичности. Показано, что оптические свойства такой структуры существенным образом зависят от скорости изменения периода. На основе сравнения с результатами строгого численного моделирования в рамках метода фурье-мод показана высокая точность предложенной теоретической модели. В частности, разработанная теория связанных мод описывает уширение резонансного пика и появление вторичных максимумов, вызванные ненулевой скоростью изменения периода. Полученные результаты могут найти применение при разработке линейно изменяющихся спектральных фильтров на основе резонансных дифракционных решеток с изменяющимися параметрами.
Бесплатно
Статья научная
Проведены сравнительные исследования характеристик Бесселевых и «совершенных» пучков с топологическим зарядом 9, созданных с помощью бинарного кремниевого аксикона и «голографического» алмазного аксикона с непрерывным профилем при значении длины волны 141 мкм на Новосибирском лазере на свободных электронах. Сформированы пучки с линейной, азимутальной и радиальной поляризацией. Проведено сравнение поперечного сечения пучков, созданных разными аксиконами, в зависимости от расстояния. Приведен пример применения совершенных пучков с радиальной поляризацией для возбуждения вихревых плазмон-поляритонов на цилиндрическом проводнике.
Бесплатно
