Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2553
Статья научная
Рассмотрено решение уравнения переноса излучения в слое рассеивающей среды с френелевскими границами методом сферических гармоник на примере распространения света в прозрачной среде, содержащей наночастицы алюминия. Разработана компьютерная программа, и рассчитаны угловые распределения интенсивности на границах и в центре слоя. Сделан вывод, что френелевские граничные условия приводят к несимметричному угловому распределению интенсивности на границах слоя. Обсуждается использование углового распределения интенсивности на границах слоя среды для решения обратных задач спектроскопии светорассеивающих систем.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено моделирование распределения освещённости в фокальной плоскости оптической схемы, состоящей из объектива и спектрометра, основанного на схеме Оффнера. Рассчитана освещённость в плоскости регистратора гиперспектрометра в приближении геометрической оптики. В расчётах использованы модели яркости атмосферы, освещённости Земли, спектрального пропускания атмосферы.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена моделированию дифракции электромагнитного излучения среднего ИК-диапазона на галогенидной антиотражающей решетке. Методом вычислительного эксперимента обнаружен антиотражающий эффект и найдены закономерности его проявления.
Бесплатно
Моделирование распространения короткого двумерного импульса света
Статья научная
Получено аналитическое решение в виде ряда общей краевой задачи для двунаправленного волнового уравнения для светового поля с ТЕ-поляризацией. Для моделирования прохождения двумерных импульсов света в планарном волноводе с «электрическими стенками» применялось разностное решение волнового уравнения. Численное решение совпадало с аналитическим с погрешностью менее 1%. Полученное разностное решение волнового уравнения на порядок точнее, чем разностное решение уравнений Максвелла, полученное FDTD-методом с помощью программы Fullwave при одних и тех же параметрах. Численно показано, что при отражении и прохождении ультракороткого импульса света (около 4 фс) через стеклянную плоскопараллельную пластинку рассчитанные коэффициенты Френеля совпадают с теоретическими с точностью 0,47% (без учёта дисперсии материала). Прошедшие пластину импульсы уширяются больше (в среднем на 3 фс), чем отражённые.
Бесплатно
Моделирование рассеяния электромагнитного поля от техногенных объектов на подстилающих поверхностях
Статья научная
Решается задача моделирования диаграмм рассеяния излучения на объектах, составленных из объёмных тел простой формы. Применяется двухэтапная схема, на первом этапе которой моделируется формирование электромагнитного поля в непосредственной близости от объекта с использованием разностных уравнений Максвелла в 3 измерениях декартовой системы координат. На следующем этапе решается задача определения амплитуды поля в дальней точке. Приводятся примеры моделирования диаграмм рассеяния.
Бесплатно
Моделирование рассуждений при поиске и описании объектов на космоснимках
Статья научная
В статье представлен подход к проблеме контекстного поиска и описания объектов на растровых космоснимках, заключающийся в моделировании рассуждений на основе структурированных прецедентов. В результате обработки изображения строится граф смежности цветовых областей. Объект характеризуется цветом, атрибутами формы отрезков границы и формы объекта в целом. Структурированный прецедент представляется в виде лучевого графа, дуги которого упорядочены в соответствии с положительным обходом границ областей. С помощью алгоритма сопоставления графов в анализируемом изображении выявляются вхождения прецедентов из базы данных системы. При обнаружении вхождения применяется правило прецедентного вывода. Степень принадлежности объекта некоторому классу зависит не только от свойств самого объекта, но и от достоверности окружающих его объектов. Стратегия контекстного поиска содержит этапы рекурсии и итерации. В отличие от нейросетевых технологий, предложенный подход позволяет не только классифицировать изображенные объекты, но и получать их структурированные описания. Кроме того, выдаваемое системой классификационное решение имеет аргументированное обоснование. Результаты эксперимента показывают, что рассуждения на основе структурированных прецедентов позволяют уточнять результаты классификации и повышать достоверность распознавания объектов на космоснимках.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены усиление и генерация оптических TE-волн, возникающих на решётке, образуемой волной пространственного заряда в плоском волноводе на основе легированного донорами полупроводника (арсенида галлия). Область взаимодействия ограничена контактами с приложенным между ними постоянным электрическим полем, что в режиме подавления ганновской генерации обеспечивает появление малосигнальной периодической неоднородности. Исследованы режимы отражения и прохождения TE-мод с одинаковыми индексами через волноводную структуру в зависимости от фазовой расстройки и уровня накачки. Показано, что даже при сравнительно небольшой глубине модуляции диэлектрической проницаемости (около 10-5) в условиях высокой оптической накачки (при коэффициенте усиления порядка 150 см-1) и соответствующей отстройки от фазового синхронизма существует возможность не только усиления прямой и встречной (отражённой) оптических мод, но и их генерации. Преимуществом предлагаемой схемы по сравнению с гофрированным волноводным лазером является возможность гибкого управления параметрами динамической решётки. Полученные результаты могут быть использованы для создания полупроводниковых лазерных генераторов разностного синхронизированного оптического излучения.
Бесплатно
Статья научная
Моделирование распространения пикосекундного (2,5 пс) и фемтосекундного (17,08 фс) лазерных импульсов через диэлектрический цилиндр с коэффициентом преломления 1,59 и резонансным радиусом показало наличие фокусного пятна, шириной по полуспаду интенсивности 0,22 и 0,235 центральной длины волны соответственно.
Бесплатно
Моделирование резонансной фокусировки пикосекундного импульса диэлектрическим микроцилиндром
Статья научная
С помощью FDTD-метода исследуется временная зависимость параметров фокусного пятна при резонансной фокусировке плоской ТЕ-волны на диэлектрическом микроцилиндре с показателем преломления 1,59. Показано, что по мере прохождения пикосекундного импульса через цилиндр ширина фокуса уменьшается, интенсивность в фокусе растёт, также растёт энергия моды, запасённая внутри цилиндра. После прохождения импульса в цилиндре остаётся вытекающая мода шепчущей галереи, совпадающая с модой круглого проволочного волокна с нулевой константой распространения. С течением времени энергия этой моды вытекает из цилиндра. В стационарном случае, как показало решение уравнения Гельмгольца методом конечных элементов, достигаются наилучшие параметры фокусного пятна для цилиндра с радиусом 2,1749 длины волны: ширина фокуса по полуспаду интенсивности равна 0,226 от длины волны, и максимальная интенсивность в фокусе в 60 раз превосходит интенсивность падающего света.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена система фазовой синхронизации лазерных пучков, в основе работы которой лежит итерационный алгоритм Гершберга-Сэкстона для восстановления фазовой информации. Проведён анализ алгоритма и показано, что его характерной особенностью является наличие состояний стагнации. Предложен метод редукции размерности задачи, основанный на блоковом принципе. Проведено численное моделирование системы при различных конфигурациях блоков.
Бесплатно
Моделирование состояния эндотелиальных клеток по их фотоизображению
Статья научная
Рассматриваются алгоритмы обработки изображений эндотелиальных клеток и вопросы моделирования процесса их роста для прогнозирования течения заболеваний.
Бесплатно
Статья научная
В рамках теории Адена - Керкера для концентрических структур ядро-оболочка проведено моделирование оптических свойств композитов прозрачная матрица-наночастицы металлов, покрытых оксидной оболочкой. На примере композитов пентаэритрит тетранитрат - наночастицы Al (Al2O3) показано, что показатели поглощения и рассеяния, коэффициенты коллимированного пропускания, полного отражения и пропускания определяются толщиной образца, радиусом наночастиц, их массовой долей и массовой долей оксида в наночастицах. Предложен способ определения данных параметров при сравнении рассчитанных спектральных зависимостей коэффициентов пропускания и отражения с экспериментальными данными. Наименьшая величина ошибки возникает при определении радиуса наночастицы (порядка 2 - 3 %), а массовая доля наночастиц и массовая доля оксида являются более слабыми параметрами (с точностью определения до 25 %).
Бесплатно
Моделирование трехмерного устройства нанофотоники для ввода излучения в планарный волновод
Статья научная
С помощью программы FullWAVE (www.rsoftdesign.com), в которой реализован разностный FDTD-метод решения уравнений Максвелла, промоделировано трехмерное устройство нанофотоники, состоящее из субволновой дифракционной решетки, широкого и узкого планарных волноводов и фотонно-кристаллической линзы Микаэляна, расположенных в тонкой пленке кремния на подложке из трех периодов зеркала Брегга, каждый период которого состоит из слоя кремния и плавленного кварца. Устройство предназначено для ввода лазерного пучка с фокусным пятном 3x4,6 мкм2 с длиной волны 1,55 мкм в узкий планарный волновод шириной 500 нм, что приводит к "сжатию" площади сечения входного пучка в 125 раз. Моделирование показало, что эффективность устройства равна 32% от энергии сфокусированного на решетку линейно поляризованного эллиптического гауссова пучка и 52%, если решетку осветить участком плоской волны. Для сравнения, если вводить свет в это же устройство, но без решетки, а фокусируя свет на торец кремниевой пленки широкого волновода, то эффективность будет равна только 8%.
Бесплатно
Статья научная
С помощь моделирования методом BeamProp и интеграла Рэлея-Зоммерфельда показано, что при фокусировке жесткого рентгеновского излучения с длиной волны 1,34 А с помощью последовательно расположенных цилиндрических микролинз (микроотверстий диаметром 10 мкм) круглого сечения в слое поликристаллического алмаза с увеличением числа микролинз с 1 до 20 фокусное расстояние уменьшается почти в 10 раз с 14,4 см до 15 мм, меньший размер эллиптического фокусного пятна уменьшился в 7 раз с 1,5 мкм до 200 нм, при этом максимальная интенсивность в фокусе увеличилась в 40 раз.
Бесплатно
Моделирование фокусировки лазерного излучения двухслойными диэлектрическими микроцилиндрами
Статья научная
Используя метод конечных разностей во временной области, реализованный в программном пакете FullWAVE, был промоделирован процесс фокусировки плоско поляризованного лазерного излучения с длиной волны 633 нм двухслойными диэлектрическими микроцилиндрами с круглым поперечным сечением 2 мкм. Было показано, что оболочка с более высоким показателем преломления (1,8 и 1,9), чем показатель преломления сердцевины, который равен 1,45, позволяет увеличить глубину фокуса в 2,57 раза, а также сместить область формирования фокального пятна вдоль оптической оси в направлении от границы микроцилиндра. Так же подобраны параметры микроцилиндра таким образом, что в процессе фокусировки формируется более компактное фокусное пятно, ширина по полуспаду интенсивности которого составляет 0,25 от длины волны излучения, с интенсивностью в 1,4 раза выше, чем интенсивность в фокусе, формируемом однородным микроцилиндром.
Бесплатно
Моделирование фокусировки линейно-поляризованного света с помощью субволнового бинарного аксикона
Статья научная
Методом разностного решения уравнений Максвелла показано, что при освещении линейно-поляризованным гауссовым лазерным пучком стеклянного бинарного аксикона с субволновым периодом (0,98'lambda') в непосредственной близости от поверхности аксикона на оптической оси формируется эллиптическое фокусное пятно с диаметрами по главным осям 0,26'lambda' и 0,61'lambda' (площадь пятна 0,125'lambda'^2 =(0,29'lambda'^2)/n^2, 'lambda' - длина волны, n - показатель преломления), глубиной фокуса 0,4'lambda', максимальной интенсивностью в фокусе в 45 раз большей максимальной интенсивности падающего света. Это минимальное фокусное пятно, которое можно сформировать с помощью бинарного аксикона с уровнем боковых лепестков меньшим 30%.
Бесплатно
Моделирование фокусировки фемтосекундного импульса эллипсоидом, параболоидом, сферой и полусферой
Статья научная
Численное моделирование FDTD-методом показало, что при фокусировке двух линейно поляризованных импульсов длительностью 1,24 фс и 2,98 фс (с плоским волновым фронтом и центральной длиной волны 532 нм) с помощью кварцевой микросферы с диаметром 2 мкм не происходит временного уширения импульсов, а пространственное уширение немного больше для менее короткого импульса. В отличие от сферы при фокусировке полусферой, параболоидом и эллипсоидом (все с максимальным сечением диаметром 2 мкм) пространственное и временное уширение импульсов происходит нормальным образом: более короткий импульс уширяется больше, чем менее короткий.
Бесплатно
Моделирование формирования изображения зонной пластинки в рентгеновском излучении
Статья научная
Приведены результаты моделирования формирования изображения в жёстком рентгеновском излучении с помощью зонной пластинки (ЗП). Распространение излучения в пространстве моделировалось с помощью интеграла Рэлея-Зоммерфельда, а в ЗП - коммерческой программой BeamProp. Показано, что при формировании изображения ЗП с малой эффективностью необходимо сдвинуть объект от центра и освещать его сходящимся пучком, тогда нулевой порядок дифракции на ЗП не будет мешать формированию изображения в первом порядке. Показано также, что дифракционная решётка с периодом 100 нм отображается ЗП с крайней зоной, равной 50 нм.
Бесплатно
Моделирование формирования изображения космическим гиперспектрометром по схеме Оффнера
Статья научная
В настоящей работе разработана математическая модель формирования изображения, которая позволяет создавать прогнозное гиперспектральное изображение. Модель учитывает формирование оптического изображения с помощью матричного фотоприёмника. В работе приведено численное моделирование формирования гиперспектрального изображения, проведены оценки пространственного, спектрального разрешения, а также адекватности полученных результатов.
Бесплатно
