Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2609
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
Статья научная
В работе исследуется действие фазовой вихревой смещённой линзы, квантованной по заданному уровню и позволяющей генерировать заданные локальные максимумы как на оптической оси, так и вне её. Показана возможность детектирования отдельных дифракционных порядков и их совокупности. Рассмотрена комбинация квантованных оптических элементов, позволяющая генерировать локальные максимумы как в продольной, так и в поперечной плоскости.
Бесплатно
Управление формированием фазового рельефа в слоях дихромированного желатина
Статья научная
Приводится обзор результатов исследования процессов записи оптической информации на слоях дихромированного желатина (ДЖ) при изготовлении голографических и дифракционных оптических элементов (ДОЭ) с непрерывным глубоким фазовым профилем. Экспериментально исследована зависимость дифракционной эффективности (ДЭ) записанных голограмм от условий синтеза, экспонирования и проявления слоев ДЖ. Рассмотрены особенности изготовления ДОЭ при экспонировании излучением красного спектрального диапазона и при контактном копировании белым светом. Предложены способы копирования рельефных ДОЭ и радужных голограмм способами "бромойль" и адгезионного отрыва.
Бесплатно
Уравнение нелинейной динамики световых импульсов в многомодовых световодах
Статья научная
Приводится вывод эволюционных уравнений, описывающих нелинейное распространение и взаимодействие световых импульсов в многомодовых световодах, не использующий приближение слабонаправляющих световодов. Учитываются поляризационные свойства мод, моды излучения и возможные нерегулярности структуры световодов. Получен полный набор нелинейных членов, связанных с нелинейной проницаемостью третьего порядка, что позволило провести классификацию нелинейных эффектов в световодах по виду нелинейных членов. Показывается сохранение суммарной энергии мод и выполнение соотношений Мэнли-Роу. Оцениваются полученные результаты.
Бесплатно
Уравнения для описания пространственно-временной эволюции предельно-коротких импульсов
Статья
Бесплатно
Усиление магнитоакустических волн в оптически тонкой плазменной среде с тепловой неустойчивостью
Статья научная
Ранее была рассмотрена возможность перекачки энергии из неустойчивых акустических волн в альфвеновские волны в результате трёхволнового взаимодействия одинаково направленных волн. В данной работе кратко описаны механизмы охлаждения и возможные сценарии нагрева оптически тонкой плазменной среды. В качестве модельной среды были выбраны верхние слои солнечной атмосферы. На основе двух моделей описывающих функцию охлаждения были получены температурные области, в которых возможно усиление акустических волн и рассчитаны инкременты усиления для каждого из возможных сценариев нагрева.
Бесплатно
Усиление незначительных колебаний объектов на видеокадрах
Статья научная
В работе предлагается вариант реализации фильтра усиления амплитуды незначительных колебаний объектов в видеопотоке и порядок поэтапного создания такого фильтра. Для этого приводится математический анализ природы колебаний и более сложных движений объектов в кадрах. Тестируется работа фильтра усиления движений на практике как возможность бесконтактного определения частоты дыхания человека.
Бесплатно
Усиление обратного эффекта Фарадея в диэлектрических дифракционных решётках с волноводным слоем
Статья научная
Рассмотрено явление усиления интенсивности электромагнитного поля в ближней зоне дифракционных структур с двумерной периодичностью, состоящих из диэлектрической дифракционной решётки и волноводного слоя. Показано, что в случае падения на структуру волны с круговой поляризацией наблюдается усиление обратного эффекта Фарадея. Величина обратного эффекта Фарадея в дифракционной структуре более чем в 40 раз превышает соответствующую величину для однородного слоя. Потенциальные применения рассматриваемых структур заключаются в возможностях локального управления намагниченностью, контроля интенсивности и усиления поля.
Бесплатно
Ускорение обучения нейронной сети с отбором обучающих примеров
Статья научная
Исследуется возможность повышения эффективности обучения нейронной сети, распознающей изображения цифр. Используется допустимое отклонение выходов нейронов последнего слоя от желаемого. Обучение производится методом обратного распространения только на ошибочно классифицируемых данных. Обосновывается возможность эффективного распараллеливания на кластерных вычислительных системах.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена шарообразная линза. Показатель преломления этой линзы является функцией расстояния от центра шара. Получены условия, при которых такая линза свободна от сферической аберрации третьего порядка, если на линзу падает параллельный пучок лучей.
Бесплатно
Условные морфологические меры сложности и информативности изображений
Статья научная
Предложены новые условные меры сложности и информативности, а также взаимной информативности изображений. Предложенные оценки сложности и информативности отличаются от ранее известных тем, что зависят не только от площадей областей разбиения кадра, но и от их формы. Для этого мозаичные модели формы изображений, характерные для морфологии Пытьева, используются совместно с фигурными картами толщин, рассматривавшихся ранее лишь в рамках математической морфологии Серра. В статье исследованы математические свойства морфологических карт толщин и соответствующих им оценок морфологической сложности и информативности в зависимости от свойств используемых наборов структурирующих элементов. Приведены качественные примеры вычисления всех предложенных характеристик формы, а также численные результаты экспериментов по оценке и сравнению сложности форм на открытой базе изображений Kimia99.
Бесплатно
