Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2609
Топологический заряд суперпозиции оптических вихрей, описываемой геометрической прогрессией
Статья научная
В работе рассмотрены осевые суперпозиции Гауссовых оптических вихрей, которые описываются геометрической прогрессией. Для всех вариантов рассмотренных суперпозиций получен топологический заряд. В начальной плоскости топологический заряд может быть целым или полуцелым, а при распространении светового поля в свободном пространстве топологический заряд всегда остается целым. В общем случае геометрическая прогрессия оптических вихрей имеет три целочисленных параметра и один действительный параметр. От величины этих четырех параметров зависит топологический заряд всей суперпозиции оптических вихрей. При распространении в пространстве суперпозиция оптических вихрей, описываемая геометрической прогрессией, не сохраняет своей структуры интенсивности, но может иметь число лепестков интенсивности, равное одному из параметров семейства. Если действительный параметр геометрической прогрессии оптических вихрей равен единице, то все угловые гармоники в суперпозиции имеют одинаковый вес. В этом случае топологический заряд суперпозиции равен номеру средней угловой гармоники в прогрессии, то есть если первая угловая гармоника в прогрессии имеет топологический заряд k , а последняя - n , то топологический заряд всей суперпозиции в начальной плоскости будет равен ( n + k ) /2, а при распространении топологический заряд будет равен n .
Бесплатно
Торнадо как коллективный вторичный эффект при распаде ядер короткоживущих активных изотопов
Статья научная
В работе дано подробное обоснование гипотезы о радиоизотопной природе торнадо. Разработан математический аппарат для описания так называемого «невидимого торнадо», отвечающего за образование кругов на полях. Разработанный аппарат полностью пригоден и для классического торнадо. Различие состоит только в том, что в классическом торнадо отрицательно заряженная воздушно-капельная смесь вращается вокруг положительно заряженного ядра торнадо, а в «невидимом торнадо» - наоборот.
Бесплатно
Тороидальные поляризационные вихри при острой фокусировке пучков с сингулярностью
Статья научная
В данной работе с помощью формул Ричардса-Вольфа промоделирована фокусировка цилиндрических векторных пучков второго порядка. Было показано, что кольца, на которых вектор Пойнтинга равен нулю, возникают не только в плоскости острого фокуса, но и в плоскостях, удалённых от фокуса. В частности, при фокусировке света линзой с числовой апертурой NA = 0,95 на расстоянии примерно 0,45 мкм от оси периодически возникают тороидальные вихри (с периодом по оси z - 0,8 мкм). Вихри возникают попарно: ближайший к фокальной плоскости вихрь закручен по часовой стрелке, а следующий от него - против часовой стрелки. Вихри сопровождаются седловыми точками. При фокусировке пучка, ограниченного узкой кольцевой апертурой, тороидальных вихрей не наблюдается.
Бесплатно
Точно решаемые математические модели в нелинейной оптике
Статья научная
Получены точные трехмерные решения нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих в различных приближениях прохождение линейно-поляризованного оптического излучения в нелинейном изотропном диэлектрике. Показано, что найденные трехмерные решения содержат в себе, как частный случай, известные двумерные решения.
Бесплатно
Статья научная
Исследованы типичные источники погрешностей, возникающие при изготовлении дифракционных оптических элементов с помощью лазерных записывающих систем с круговым сканированием. Оценку погрешностей записи предложено осуществлять путем анализа волновых фронтов простейших тестовых структур, изготовленных с помощью записывающей системы - линейных дифракционных решеток и круговых зонных пластинок. В качестве примера приведена оценка точности работы лазерной записывающей системы, разработанной в Институте автоматики и электрометрии СО РАН. Система предназначена для изготовления на подложках до 300 мм диаметром бинарных амплитудных, многоуровневых полутоновых и фазовых дифракционных элементов с характерными размерами микроструктуры менее 1мкм. Интерферометрические измерения ошибок волнового фронта изготовленной бинарной зонной пластинки диаметром 58 мм с числовой апертурой 0,45 показали, что среднеквадратичная погрешность записи не превышает 0,04 мкм.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты исследования метрик точности идентификации термокарстовых изменений ландшафта в космических изображениях при помощи технологии нейронных сетей. Темпы развития термокарстовой деградации ландшафтов в регионах распространения криолитозон, в частности, в Якутии за последние десятилетия существенно ускорились, в связи с глобальными процессами потепления климата. В работе рассмотрены вопросы подготовки обучающего набора для нейросетевых численных экспериментов. Разработан экспериментальный реестр термокарстовых объектов, содержащий большое количество спутниковых изображений термокарстовых полигональных образований. Представлены результаты исследований метрик, характеризующих точность идентификации спутниковых изображений термокарстовых образований при помощи разработанной прикладной компьютерной программы, реализующей многослойную сверточную нейронную сеть, максимальные значения которых составили 0,95-0,96 для Recall и 0,94-0,95 для Precision и F1-score. Выполнено 17 серий численных экспериментов, состоящих в среднем из 7-8 экспериментов, с целью изучения зависимости указанных метрик от моделей сверточных нейронных в результате, которых отобраны модели обеспечивающие наилучшие показатели при решении задач идентификации термокарстовых образований.
Бесплатно
Траектории лучей в радиально-градиентной среде
Статья научная
Аналитические решения лучевого уравнения получены для радиально - градиентной среды с профилем показателя преломления, ограниченным членами четвертой и шестой степени расстояния от оптической оси в разложении показателя преломления в ряд.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследованы преобразования структурированного света и его углового момента в трёхвитковой оптической змее - микрокатушечном резонаторе, состоящем из трех эванесцентно связанных витков многомодового волокна. Предложена полностью векторная теория нормальных мод такого резонатора, в которой учитывается наличие спин-орбитального взаимодействия. На основе аналитических выражений для нормальных мод и их постоянных распространения исследовано прохождение через оптическую змею разных типов структурированных световых пучков - оптических вихрей, пучков типа Эрмита-Гаусса и Лагерра-Гаусса. Продемонстрирована возможность сверхэффективного параметрического управления топологическим зарядом, орбитальным и спиновым угловыми моментами выходящего поля с помощью микрокатушечного резонатора. Теоретически показана возможность реализации на данном типе резонатора логических X- и Y-вентилей Паули для световых пучков с орбитальным угловым моментом.
Бесплатно
Статья научная
Предложена модификация процедуры трассировки лучей методом Монте-Карло для осесимметричных поверхностей. Модификация заключается в представлении оптических поверхностей в виде набора усечённых конусов и использовании оригинального k-мерного дерева для упорядочивания конических примитивов в пространстве, что позволяет значительно сократить время поиска точки пересечения луча и оптической поверхности. Результаты моделирования подтверждают, что модифицированный метод трассировки лучей работает в 3-12 раз быстрее по сравнению с традиционными методами трассировки лучей, использующими представление оптических поверхностей в виде набора треугольников.
Бесплатно
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
Статья научная
Рассмотрены одномерные трёхпериодические фотонно-кристаллические структуры на основе диэлектрических немагнитных материалов (SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2), образующих сверхъячейки вида [(ab)N(cd)М]K, включающих «внутренние» подъячейки вида (ab)N и (cd)М. Классификация данного класса структур позволяет выделить три большие группы подъячеек, различающихся по величинам оптического контраста (низко-, средне- и высококонтрастные). С помощью метода матрицы переноса исследованы частотно-угловые спектры и энергетические характеристики фотонно-кристаллических структур, найдены оптимальные сочетания слоёв (и контрастности) для получения управляемых запрещённых фотонных зон. Обобщение полученных результатов показывает, что в области прозрачности наибольший практический интерес представляют оптические и энергетические свойства структур с высоким и средним оптическим контрастом. Обнаружено, что группа среднеконтрастных структур обладает большей гибкостью при формировании и перестройке запрещённой фотонной зоны за счёт практически равноценного влияния оптических свойств обеих ячеек на спектр пропускания. Анализ пространственно-углового распределения поперечной компоненты вектора Умова–Пойнтинга и варьирование количества подъячеек (внутренних периодов) показывает, что структура указанной группы может обеспечить управляемую картину излучения (на телекоммуникационной длине волны 1,55 мкм) на боковой поверхности кристалла. Результаты могут быть полезны при создании поляризационно-чувствительных ответвителей, высокочувствительных угловых датчиков для оптоволоконных систем и оптических фильтров, работающих в инфракрасном диапазоне.
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
