Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Нелинейное взаимодействие солитонных импульсов в многомодовом оптическом волокне
Статья научная
Рассматривается взаимодействие солитонных импульсов, возбужденных в разных модах, на основе численного решения системы нелинейных уравнений шредингеровского типа, описывающей эволюцию коротких импульсов в многомодовом оптическом волокне. Показывается, что одновременно возбужденные в различных модах солитоны распадаются каждый на два импульса, распространияющихся в своей моде с различной групповой скоростью. В случае, когда солитон в более быстрой моде обгоняет солитон в медленной моде, взаимодействие между ними не искажает импульсов.
Бесплатно
Нелинейное отражение от полупроводников в дальнем ИК и эксперименты по модуляции излучения
Статья научная
Проанализировано нелинейное отражение излучения с длиной волны порядка 300 мкм-5 мм от поверхности полупроводника. На основе аналитического и численного рассмотрения установлены основные особенности генерации гармоник в этом диапазоне, в частности имеющие место вблизи плазменного резонанса немонотонное увеличение их интенсивности от интенсивности падающего излучения.
Бесплатно
Нелинейное уравнение Шредингера в трех пространственных измерениях
Статья научная
Найдены в аналитической форме гладкие решения нелинейного уравнения Шредингера в виде уединенных волн для случая трех пространственных измерений. Рассмотрено явление оптической самофокусировки. Ключевые слова: нелинейное уравнение Шредингера, линейное однородное уравнение первого порядка, полный интеграл, уравнения характеристик, уединенные волны, оптическая самофокусировка.
Бесплатно
Нелинейное усиление оптических сигналов в периодически неоднородном двухмодовом световоде
Статья научная
Рассматривается возможность создания нелинейного оптического усилителя на основе перекачки энергии между модами в одной сердцевине световода. Анализируется система уравнений, описывающая нелинейное взаимодействие в периодически неоднородном световоде при условии фазовой синхронизации. Приводится аналитическое решение этой системы, доведенное до квадратур. Демонстрируются численные результаты поиска параметров, оптимизирующих усиление сигнальной моды. Отмечается возможность осуществления амплитудной модуляции выходного сигнала. Проводятся оценки реальных параметров усилителя для кварцевого световода.
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Непараксиальная векторная дифракция гауссового пучка на спиральной фазовой пластинке
Статья научная
Получены аналитические выражения, описывающие непараксиальную векторную дифракцию гауссового пучка на спиральной фазовой пластинке (СФП). Численно показано, что полученная комплексная амплитуда может заметно (в нашем случае 14%) отличаться от амплитуды, полученной в параксиальном приближении. Численно также показано, что продольная составляющая комплексной амплитуды может давать вклад величиной в несколько процентов от поперечной.
Бесплатно
Статья научная
Исследована непараксиальная дифракция гауссовых оптических вихрей с начальной радиальной поляризацией. Получены явные аналитические выражения для радиальной, азимутальной и продольной компонент вектора напряженности электрического поля. Моделирование показало, что непараксиальные формулы намного точнее при удалении от оптической оси, чем параксиальные. Дифракционное фокусное пятно по полуспаду интенсивности при фокусировке гауссового вихревого поля с топологическим единичным зарядом и радиальной начальной поляризацией получается меньше, чем значение, предсказываемое скалярной теорией.
Бесплатно
Непараксиальное распространение гауссовых пучков под углом к оси анизотропного кристалла
Статья научная
В работе аналитически и численно исследуется распространение лазерных пучков в анизотропных кристаллах как вдоль, так и под углом к оси кристалла. Для одноосного кристалла с использованием метода стационарной фазы получены аналитические выражения, показывающие зависимость астигматического искажения от поляризации падающего пучка. Также показано, что при распространении лазерного пучка под углом к оси кристалла проявляется эффект двулучепреломления, который может исчезать при соответствии плоскости наклона пучка и плоскости линейной поляризации. Для гауссовых пучков получено выражение, связывающее параметры пучка и кристалла, при котором обеспечивается визуальное разделение обыкновенного и необыкновенного лучей.
Бесплатно
Непараксиальные вихревые лазерные пучки Ханкеля первого и второго типов
Статья научная
Рассмотрены новые решения непараксиального уравнения Гельмгольца в цилиндрических координатах, которые интерпретированы как непараксиальные скалярные вихревые пучки Ханкеля 1-го, 2-го и 3-го типов. Пучок Ханкеля 1-го типа низшего порядка (нулевого) совпадает со сферической волной. Они получаются друг из друга с помощью дифференцирования. Расходимость пучка Ханкеля второго типа меньше расходимости пучка первого типа.
Бесплатно
Непараксиальные гипергеометрические моды
Статья научная
Получено явное аналитическое выражение, описывающее точное решение уравнения Гельмгольца в цилиндрических координатах в виде произведения двух функций Куммера. Это решение представлено в виде суммы двух слагаемых, которые описывают непараксиальные гипергеометрические световые пучки, распространяющиеся вдоль оптической оси в прямом и обратном направлениях. При удалении от начальной плоскости на расстояние много большее длины волны полученное выражение для непараксиального гипергеометрического пучка совпадает с выражением для параксиальной гипергеометрической моды.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается непараметрический алгоритм автоматической классификации статистических данных большого объёма. Основу алгоритма составляет процедура оптимальной дискретизации области значений случайной величины. Под классом понимается компактная группа наблюдений случайной величины, соответствующих одномодальному фрагменту плотности вероятности. Рассматриваемый алгоритм автоматической классификации основан на «сжатии» исходной информации на основе декомпозиции многомерного пространства признаков. В результате статистическая выборка большого объёма преобразуется в массив данных, составленный из центров многомерных интервалов дискретизации и соответствующих им частот принадлежности случайных величин. Для обоснования процедуры оптимальной дискретизации используются результаты исследования асимптотических свойств регрессионной оценки плотности вероятности ядерного типа. Из условия минимума среднеквадратического отклонения регрессионной оценки плотности вероятности определяются оптимальные количества интервалов дискретизации области значений одномерной и двухмерной случайных величин. Полученные результаты обобщаются на дискретизацию области значений многомерной случайной величины. Формула оптимальной дискретизации содержит составляющую, которая характеризуется нелинейным функционалом от плотности вероятности. Устанавливается аналитическая зависимость обнаруженной составляющей от коэффициента контрэксцесса одномерной случайной величины. Для независимых компонент многомерной случайной величины определяется методика расчёта оценок оптимального количества интервалов дискретизации случайных величин и их длин. На этой основе разрабатывается непараметрический алгоритм автоматической классификации, который основан на последовательной процедуре проверки близости центров многомерных интервалов дискретизации и соотношений между частотами принадлежности случайных величин из исходной выборки этим интервалам. Для дополнительного повышения вычислительной эффективности предлагаемого алгоритма автоматической классификации используется многопоточный метод его программной реализации. Практическая значимость разработанных алгоритмов подтверждается результатами их применения при обработке данных дистанционного зондирования.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается новая методика проверки гипотезы о независимости многомерных случайных величин. Рассматриваемая методика основывается на использовании непараметрического алгоритма распознавания образов, соответствующего критерию максимального правдоподобия. В отличие от традиционной постановки задачи распознавания образов априори отсутствует обучающая выборка. Исходная информация представляется статистическими данными, которые составляют значения многомерной случайной величины. Законы распределения случайных величин в классах оцениваются по исходным статистическим данным для условий их зависимости и независимости. При выборе оптимальных коэффициентов размытости непараметрических оценок плотностей вероятностей ядерного типа в качестве критерия используется минимум их среднеквадратических отклонений. Вычисляются оценки вероятности ошибки распознавания образов в классах. По минимальному значению оценок вероятностей ошибок распознавания образов принимается решение о независимости либо зависимости случайных величин. Разработанная методика используется при анализе спектральных данных дистанционного зондирования.
Бесплатно
Статья научная
При синтезе алгоритмов автоматической пороговой сегментации изображений по яркостному признаку важной информацией является количество яркостных классов и, как следствие, проблема определения числа порогов. Решение задачи оценивания количества классов на изображении может базироваться на представлении его распределения в виде смеси распределений яркостных классов с неизвестными априорными вероятностями либо оценке количества мод гистограмм. При этом известно, что задача расщепления смеси имеет решение лишь для некоторых видов распределений, а моды гистограммы не всегда различимы. В общем случае, когда распределения яркостных классов неизвестны, возникают трудности применения указанных методов. В статье предлагается непараметрический подход к определению количества классов, отличающихся средней яркостью, основанный на ранговых гистограммах и использующий свойство локальной пространственной группировки элементов каждого яркостного класса на изображении.
Бесплатно
Статья научная
Одной из наиболее интересных задач дискретной математики является задача поиска решающего набора в задаче ВЫПОЛНИМОСТЬ. Перспективным направлением в построении методов решения представляется сведение задачи к непрерывному поиску точек глобального минимума, ассоциированного с конъюнктивной нормальной формой (КНФ) функционала. В данной работе обосновывается выбор функционала специального вида и предлагается применить к решению системы нелинейных алгебраических уравнений, определяющих стационарные точки функционала, модифицированный метод последовательных приближений. В работе показано, что метод поддается распараллеливанию. Рассматривается схема применения метода к важным задачам криптографического анализа несимметричных шифров, в том числе для определения некоторых бит двоичного представления неизвестных сомножителей в задачах факторизации больших размерностей.
Бесплатно
Нестационарное четырёхволновое взаимодействие в прозрачной двухкомпонентной среде
Статья научная
Проведён анализ динамики пространственной структуры волны с обращённым волновым фронтом при четырёхволновом взаимодействии в прозрачной двухкомпонентной среде в схемах со встречными и попутными волнами накачки. Показано наличие в пространственном спектре объектной волны провала, положение которого определяется направлением распространения второй волны накачки. Угловой поворот и частотный сдвиг волн накачки приводят к уменьшению эффективности преобразования высоких пространственных частот. Ширина полосы пространственных частот, вырезанных четырёхволновым преобразователем излучения, с течением времени монотонно уменьшается, а ширина полосы наиболее эффективно преобразуемых пространственных частот увеличивается.
Бесплатно
Неэталонная оценка уровня шума цифрового изображения на основе гармонического анализа
Статья научная
Статья посвящена разработке метода для оценки уровня шума изображения на основе анализа спектральной плотности мощности (гармонического анализа) сигнала, описывающего изображение. Предложенный метод может быть использован как при оценке визуального качества, так и при анализе изображения в системах машинного зрения.
Бесплатно
Низкокогерентная автокорреляционная интерферометрия рассеивающих и слоистых сред
Статья научная
Аннотация Рассматриваются физические основы нового метода в низкокогерентной интерферометрии слоистых и рассеивающих сред. В этом методе оптическое поле с малой длиной временной когерентности, отраженное объемным слоистым или рассеивающим объектом, направляется в сканирующий интерферометр Майкельсона продольного сдвига, с помощью которого реализуется автокорреляционный анализ объектного низкокогерентного поля. Объект исследования располагается вне интерферометра и не используется опорный пучок света. Метод позволяет определить оптические толщины слоев объемной структуры прозрачных и рассеивающих сред. Представлена приближенная теория метода для объемных объектов с непрерывно изменяющимися по глубине отражающими свойствами и для слоистых объектов с резкими границами раздела слоев. Обсуждаются схемные решения и результаты натурного эксперимента для слоистых прозрачных и рассеивающих объектов.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются процессы формирования и цифровой записи интерференционных картин, образующихся в полихроматическом свете при интерференционном контроле микрорельефа поверхности объектов со слоистой объёмной структурой. Получены выражения для распределения интенсивности света в интерференционной картине в зависимости от формы поверхности и структуры объекта с учётом спектральных свойств элементов матричного фотоприёмника. Выполнены численное моделирование интерференционных процессов в полихроматическом свете и экспериментальная запись цифровых интерферограмм микрообъектов в микроинтерферометре Линника с использованием источника белого света. Показаны соответствие рассчитанных и экспериментальных интерферограмм и возможность решения прямой задачи численного моделирования интерференционных картин.
Бесплатно
Статья научная
Разработаны программный комплекс визуализации внутренней структуры прозрачного слоистого биологического объекта и алгоритмы измерения его оптических и физических свойств с использованием компьютеризированного метода низкокогерентной полнопольной интерферометрии. Показана возможность применения метода для исследования объемной пространственной структуры кристаллизовавшейся капли биологической жидкости, получаемой методом клиновидной дегидратации, и изучения динамики процессов ее структуризации. Представлены микротомограммы фрагментов капли, предложена методика измерения краевого угла и локального показателя преломления. Обнаружено значительное отличие локального показателя преломления различных участков исследуемого объекта. Продемонстрирована динамика изменения краевого угла капли в процессе высыхания.
Бесплатно
Новое поколение бифокальных дифракционно-рефракционных интраокулярных линз
Статья научная
Осуществлено сравнение оптических характеристик бифокальных интраокулярных линз МИОЛ-Аккорд отечественного производства с характеристиками зарубежных аналогов, внедренных в офтальмологическую практику за последние годы. Несмотря на разные концепции, положенные в конструкции дифракционной микроструктуры линз нового поколения, при клинических испытаниях они дают сравнимые результаты.
Бесплатно
