Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Трех- и четырехуровневые спиральные фазовые пластинки
Статья научная
Аналитически и численно показано, что вблизи оптической оси или в центре картины дифракции Фраунгофера в области, примерно равной диску Эйри, при дифракции плоской волны на трех- и четырехуровневых спиральных фазовых пластинках (СФП) с треугольной и квадратной апертурами формируется оптический вихрь с топологическим зарядом 1. Составные СФП, набранные из 6 или 4 таких трех- и четырехуровневых СФП, могут формировать оптические вихри с топологическим зарядом 2 и 4.
Бесплатно
Трехмерное обобщение генератора LFSR случайных точек
Статья научная
В работе рассматривается новый метод генерации псевдо-случайных последовательностей точек, являющийся обобщением генератора Таусворта. Блоки последовательности, сгенерированной на первом этапе базовой схемы интерпретируются как цифры представления элемента кольца алгебраических целых в кубическом расширении поля рациональных чисел с использованием канонических системах счисления. Приводятся сравнительные результаты использования генератора для интегрирования методом Монте-Карло.
Бесплатно
Трехмерные симметричные бифокальные системы
Статья научная
Рассматривается метод расчета трехмерных симметричных бифокальных систем. Вводятся параметры, характеризующие трехмерные симметричные бифокальные системы. Исследуется вопрос о заполнении начальной области и о зависимости получающегося решения от исходных параметров. Получены гладкие поверхности обоих зеркал и выведены условия, при которых большое зеркало может быть телом вращения.
Бесплатно
Трехмодовое взаимодействие и нелинейное усиление оптических сигналов в световодах
Статья научная
Исследуется нелинейное взаимодействие трех световодных мод в условиях фазового синхронизма. Построена соответствующая система нелинейных эволюционных уравнений. Вычислены необходимые интегралы перекрытия для осесим-метричных Лагерровых мод параболического профиля показателя преломления. Для ступенчатого профиля найдены параметры световода, обеспечивающие выполнение трехмодового фазового синхронизма в одночастотном случае. Получено аналитическое решение нелинейных трехмодовых уравнений. На его основе определено условие, при котором усиление не зависит от входных фаз сигнала и накачки, что крайне важно для реализации в элементах оптического компьютера. Методами численного интегрирования найдены оптимальные параметры для построения трехмодового оптического усилителя.
Бесплатно
Статья научная
Исследована задача распознавания изображений, которые описываются векторами признаков высокой размерности, выделенными с помощью глубокой свёрточной нейронной сети и анализа главных компонент. Рассмотрена проблема высокой вычислительной сложности статистического подхода с непараметрическими оценками плотности вероятности векторов признаков, реализованного в вероятностной нейронной сети. Предложен новый метод статистической классификации на основе проекционных оценок плотности распределения с тригонометрической системой ортогональных функций. Показано, что такой подход позволяет преодолеть недостатки вероятностной нейронной сети, связанные с необходимостью обработки всех признаков всех эталонных изображений. В рамках экспериментального исследования для наборов изображений Caltech-101 и CASIA WebFaces показано, что предлагаемый подход позволяет на 1-5 % снизить вероятность ошибки распознавания и в 1,5 - 6 раз повысить вычислительную эффективность по сравнению с исходной вероятностной нейронной сетью для малых выборок эталонных изображений.
Бесплатно
Трёхмерный расчёт фокусировки лазерного излучения коническим диэлектрическим зондом
Статья научная
В работе с использованием метода конечных элементов, реализованного в программном пакете Comsol, выполнен трёхмерный расчёт фокусировки TE-поляризованного Гауссова пучка с помощью конических диэлектрических зондов (тейперов) с малым углом при вершине от 8 до 27 градусов. Результаты расчётов показали, что в трёхмерной модели, равно как и в двумерной, конический зонд при малых изменениях угла при вершине может вместо фокусирующего становиться рассеивающим и наоборот. Однако интервалы значений углов раскрыва, обеспечивающие тейперу фокусирующие или рассеивающие свойства, в двумерном и трёхмерном случае отличаются друг от друга. Показано, что период перехода от фокусировки к рассеянию у трёхмерного тейпера примерно в два раза больше, чем у двумерного.
Бесплатно
Увеличение зоны просветления оптических деталей большой кривизны
Статья научная
Предложен метод увеличения зоны просветления на сферических поверхностях оптических деталей с большой кривизной при нанесении на них комбинированных слоёв, сформированных с использованием круглой диафрагмы в вакуумной установке. Проведено математическое моделирование траектории движения произвольной точки на сферической поверхности оптической детали, совершающей двойное вращение, и определена зона просветления при формировании комбинированного однослойного покрытия на поверхности детали.
Бесплатно
Угловая зависимость дифракционной эффективности динамических голограмм на красителях
Статья научная
Проанализирована угловая зависимость дифракционной эффективности динамических голограмм, записанных на красителях, моделируемых двух- и трехуровневыми схемами энергетических уровней. Показано, что при считывании голограммы точно под углом Брэгга уменьшение периода записываемой решетки может приводить как к уменьшению, так и к увеличению дифракционной эффективности голограммы в зависимости от толщины слоя красителя, интенсивности записывающих голограмму волн. Для голограмм, записанных на красителях, моделируемых трехуровневой схемой энергетических уровней, выявлены области интенсивностей записывающих голограмму волн, в пределах которых наблюдается резкое изменение селективных свойств голограммы.
Бесплатно
Улучшенный алгоритм встраивания информации в сжатые цифровые изображения на основе метода PM1
Статья научная
В статье предлагается и исследуется новый алгоритм встраивания информации в JPEG-изображения, основанный на известном стеганографическом методе «плюс/минус один». Показывается, что при частичном заполнении стегоконтейнера предложенный алгоритм превосходит аналоги за счёт оригинального подхода к определению порядка обхода ДКП-коэффициентов при встраивании в них битов сообщения. В качестве метрики качества используется пиковое отношение сигнал/шум.
Бесплатно
Статья научная
В работе аналитически и численно исследуется влияние ширины кольцевой диафрагмы с внесённым радиальным фазовым скачком на размеры и величину интенсивности фокального пятна в случае радиальной поляризации. Показано, что за счёт деструктивной интерференции, создаваемой кольцами с различной фазой, можно преодолеть скалярный предел, соответствующий первому нулю функции Бесселя нулевого порядка. При этом минимальный размер фокального пятна (FWHM = 0,33'lambda') достигается при ширине кольцевой диафрагмы, составляющей 20 % от радиуса полной апертуры. В этом случае интенсивность боковых лепестков не превышает 30 % от центрального пика. Также показано, что за счёт внесения фазового скачка и одновременного уширения кольцевой апертуры можно сформировать фокальное пятно, размер которого не превышает предел, соответствующий узкой кольцевой апертуре, а интенсивность увеличивается почти в 6 раз. Боковые лепестки при этом составляют 35 % от центрального пика.
Бесплатно
Универсальные инварианты параксиальных оптических пучков
Статья научная
Для параксиальных оптических пучков, распространяющихся в среде с произвольно изменяющимся вдоль направления пучка параболическим поперечным профилем диэлектрической проницаемости, найдены универсальные инварианты, то есть определенные интегральные величины, сохраняющиеся вдоль оси пучка независимо от конкретной зависимости диэлектрической проницаемости от координат. Обсуждается влияние на указанные инварианты эффектов непараболичности среды.
Бесплатно
Унифицированная модель систем встраивания информации в цифровые сигналы
Статья научная
В работе предложена модель унифицированного описания стеганографических систем и систем встраивания цифровых водяных знаков, основанная на разделении форм информации, переносимой внутри цифрового сигнала-контейнера. Показана применимость модели для описания ряда систем.
Бесплатно
Статья научная
Бинарные зонные пластики Френеля являются одними из наиболее часто используемых фокусирующих элементов плоскостных оптических схем в микро- и нанофотонике. При уменьшении диаметра и фокального расстояния зонных пластин до мезоволновых размеров на параметры области фокусировки начинают существенно влиять особенности конструктивного дизайна зонных пластин (материал, толщина, глубина рельефа). Путём численного FEM-моделирования прохождения оптической волны через бинарную фазовую зонную пластну исследована пространственная структура формирующегося в ближнем поле фокуса. Показано, что существует диапазон оптимальной глубины травления канавок пластинки, а также толщин подложки, при которых реализуется наилучшая фокусировка падающей оптической волны в плане максимальной интенсивности поля и минимального размера фокального пятна. Кроме того, предложен концепт суперфокусирующей бинарной фазовой зонной пластики с иммерсионным слоем в форме усечённого конуса из материала зонной пластики, что позволило численно реализовать фокусировку циркулярно поляризованного излучения света в субдифракционное пятно с полушириной порядка l / 2 n ( n - показатель преломления зонной пластики).
Бесплатно
Статья научная
Показана возможность управления вкладом компонент векторного электрического поля в фокальной области с помощью бинарных фазовых структур с целью уменьшения поперечного размера центрального светового пятна фокусирующей системы с высокой числовой апертурой. На основе анализа матрицы поляризационного преобразования высокоапертурной линзы и численного моделирования фокусирующей системы в приближении Дебая показана эффективность использования полноапертурных асимметричных бинарных распределений для формирования субволнового центрального пятна площадью по полуспаду интенсивности 0,08(lambda-в-квадрате) с эффективностью 3,6% для линейной поляризации, 0,084(lambda-в-квадрате) с эффективностью 13% для радиальной поляризации и 0,054(lambda-в-квадрате) с эффективностью 2,4% для азимутальной поляризации.
Бесплатно
Статья научная
Разработан и экспериментально воплощен ABCD матричный формализм для описания структурных преобразований и орбитального углового момента структурированных Лагерр-Гауссовых пучков в астигматической оптической системе, содержащей цилиндрическую и корректирующую сферическую линзу. Показано, что матричный формализм не только хорошо согласуется с методом интегральных астигматических преобразований, но и значительно расширяет область его применения. Выявлено, что корректирующая сферическая линза способна не только разделять вихревую и астигматическую составляющие орбитального углового момента, но и превращать структурно неустойчивый астигматический Лагерр-Гауссов пучок после цилиндрической линзы в структурно устойчивый, при условии сохранения формы быстрых осцилляций и всплесков орбитального углового момента.
Бесплатно
Статья научная
В статье теоретически и экспериментально рассмотрено влияние астигматического элемента (например, цилиндрической линзы) на структурированный пучок Лагерра-Гаусса, когда оси линзы ориентированы под произвольным углом к лабораторным координатным осям (общий астигматизм). Хотя структурно устойчивый Лагерр-Гауссов пучок содержит множество осесимметричных мод, согласованных между собой по фазам и амплитудам, их суперпозиция уже теряет исходную осевую симметрию, но приобретает новые свойства (например, быстрые осцилляции орбитального углового момента ), при этом орбитальный угловой момент пучка не может превышать азимутальное число l исходной ЛГ-моды. Потеря осевой симметрии возникает за счет внесения фазовых и амплитудных возмущений каждой моды структурированного пучка Лагерра-Гаусса, которые разрушают кольцевые дислокации. Поскольку вырожденные кольцевые дислокации образованы оптическими вихрями с противоположными топологическими зарядами, но равными весами, то их разрушение сопровождается появлением пар оптических вихрей в виде топологических диполей (их количество равно радиальному числу n ). В результате расширяется спектр мод структурированного пучка Лагерра-Гаусса до величины ± (2 n +l). Астигматический элемент (цилиндрическая линза) нарушает равенство весов в диполях, что приводит к резкому возрастанию орбитального углового момента всего структурированного пучка Лагерра-Гаусса. Причем величиной орбитального углового момента можно управлять, меняя наклон осей цилиндрической линзы и управляющие параметры структурированного пучка Лагерра-Гаусса. Именно эти процессы подробно рассмотрены в статье как в теоретическом, так и экспериментальном аспектах. В результате мы показали, что при определенной ориентации осей цилиндрической линзы орбитальный угловой момент пучка может превышать суммы орбитального и азимутального числа (ОУМ > n + l). Кроме того, мы обнаружили, что картина интенсивности астигматического структурированного пучка Лагерра-Гаусса может следовать за поворотом осей астигматического элемента (эффект отслеживания структурой пучка оси вращения цилиндрической линзы) при определенных соотношениях между управляющими параметрами структурированного пучка Лагерра-Гаусса и астигматического элемента.
Бесплатно
Управление мощным лазерным излучением дифракционными элементами нулевого порядка дифракции
Статья научная
Дифракционные элементы, работающие в нулевом порядке, имеют ряд свойств, которые делают их весьма перспективными для использования в оптических системах с мощными лазерами. В настоящей работе приведены результаты теоретического и экспериментального исследования нового класса дифракционных элементов нулевого порядка - фильтров оптического излучения переменной плотности. Приводятся результаты испытания дифракционных круговых фильтров с амплитудной и фазовой функцией пропускания. Обсуждаются методы изготовления фильтров и приводятся характеристики экспериментальных образцов. Показано, что фазовые фильтры позволяют регулировать излучение мощных импульсных и непрерывных лазеров, нечувствительны к поляризации и имеют большой динамический диапазон.
Бесплатно
Управление поперечно-модовой и поляризационной структурой терагерцовых когерентных пучков
Статья научная
Исследована возможность формирования многомодовых когерентных пучков терагерцового диапазона с заданным поперечно-модовым составом, а также терагерцовых векторно-поляризованных пучков с помощью комбинаций элементов кремниевой дифракционной оптики, формирующих одномодовые пучки из освещающего пучка терагерцового лазера на свободных электронах.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты оптических экспериментов по формированию мод лазерного излучения из освещающего Гауссова пучка терагерцового лазера на свободных электронах (NovoFEL) с помощью бинарных кремниевых дифракционных оптических элементов (ДОЭ). Исследования проводились на длине волны 141 мкм. Результаты оптических экспериментов находятся в соответствии с результатами компьютерного моделирования.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматриваются алгоритмы сжатия видеоинформации в системах передачи, в которых общий объем памяти как передающего, так и принимающего устройств много меньше количества бит, необходимых для хранения одного кадра видеопоследовательности. Предложен алгоритм управления битовой скоростью и среднеквадратической ошибкой кодирования, обеспечивающий равномерное приемлемое визуальное качество с учетом ограничений на пропускную способность канала и объема памяти.
Бесплатно
