Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Обратный поток энергии в векторных модах световодов
Статья научная
В данной работе с помощью программного обеспечения RSoft Fullwave промоделировано распространение цилиндрического векторного пучка второго порядка в градиентном и микроструктурированном волокнах. Показано, что векторные пучки второго порядка являются векторными модами данных волокон. В вычисленных основных модах наблюдаются области, в которых поток энергии направлен в сторону, противоположную направлению распространения пучка (области обратного потока энергии). Абсолютная величина продольной составляющей обратного потока энергии была много меньше величины прямого потока.
Бесплатно
Обратный поток энергии в фокусе цилиндрического векторного пучка
Статья научная
С помощью формул Ричардса-Вольфа доказано, что при острой фокусировке апланатической системой лазерного пучка с произвольной функцией аподизации и азимутально-радиальной поляризацией m-го порядка на оптической оси в плоскости фокуса имеет место обратный поток световой энергии (при m = 2) или на оптической оси в фокусе обратный поток равен нулю, а вблизи оси обратный поток растёт по модулю квадратично от расстояния до оси (при m = 3). Азимутально-радиальный пучок m-го порядка является примером поляризационного вихря. Ранее обратный поток энергии в фокусе был обнаружен только для вихревых лазерных пучков с топологическим зарядом m и круговой поляризацией. Численно с помощью FDTD-метода и формул Ричардса-Вольфа показано, что в фокусе зонной пластинки для таких лазерных пучков имеются области, в которых направление вектора Пойнтинга противоположно направлению распространения пучка.
Бесплатно
Статья научная
С помощью формул Ричардса - Вольфа для дифракционной линзы показано, что при острой фокусировке произвольного оптического вихря с топологическим зарядом 2 и левой круговой поляризацией в плоскости фокуса на оптической оси имеет место обратный поток световой энергии (осевая проекция вектора Пойнтинга отрицательная). Такой же результат мы получили численно с помощью строгого расчёта FDTD-методом дифракции плоской волны с левой круговой поляризацией на вихревой зонной пластинке с топологическим зарядом 2 и числовой апертурой около 1. Причём величина обратного потока сравнима с прямым потоком энергии. Мы также показали, что обратный поток энергии в рассматриваемом случае имеет место на всей оптической оси, но максимальное по модулю значение имеет в плоскости фокуса и быстро спадает при удалении от него. Длина отрезка вдоль оптической оси, на которой значение модуля обратного потока спадает в два раза (глубина обратного потока), почти совпадает с глубиной фокуса, а поперечный кружок, в котором поток энергии обратный, примерно совпадает с диском Эйри.
Бесплатно
Обратный поток энергии для оптического вихря с произвольным целым топологическим зарядом
Статья научная
Для произвольного оптического вихря с целым топологическим зарядом m и круговой поляризацией получены явные выражения для всех проекций векторов напряженности электрического и магнитного поля вблизи фокуса, а также выражения для интенсивности (плотности энергии) и потока энергии (проекции вектора Пойнтинга) в плоскости фокуса в апланатической оптической системе. Из полученных выражений следует, что вблизи оптической оси в плоскости фокуса оптического вихря c m > 2 и левой круговой поляризацией обратный поток энергии на самой оптической оси равен нулю и растет по модулю как степень 2(m - 2) радиальной координаты. Также из полученных формул следует, что вблизи плоскости фокуса обратный поток энергии вращается вокруг оптической оси.
Бесплатно
Обратный поток энергии у непараксиального оптического вихря в ближней зоне
Статья научная
В работе на основе разложения по плоским волнам получены все шесть проекций векторов напряжённости электрического и магнитного поля для оптического вихря с произвольным целым топологическим зарядом с эллиптической поляризацией. Получены также выражения для распределения интенсивности и проекций вектора Пойнтинга в начальной плоскости этого оптического вихря. В частном случае узкого углового спектра плоских волн (пучок Бесселя) и круговой поляризации показано, что при наличии в начальном световом поле неоднородных затухающих волн вблизи оптической оси может возникать обратный поток световой энергии. Также показано, что в начальной плоскости имеет место эффект «углового трактора», когда на разных радиусах относительно оптической оси поперечный поток энергии вращается по часовой и против часовой стрелки. С помощью полученных общих выражений можно анализировать особенности светового потока и для других известных точных решений уравнения Максвелла.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача дифракции плоской электромагнитной волны ТМ-поляризации на двумерном (цилиндрическом) прозрачном объекте, размеры которого могут быть сравнимы с длиной волны. Для приближенного решения этой задачи разработан объединенный метод конечных элементов Галеркина и граничных элементов. Метод граничных элементов применяется к граничным точкам объекта, а метод Галеркина применяется к внутренним и граничным точкам объекта. Решение ищется в базисе кусочно-линейных функций. Рассчитанное данным методом поле дифракции на цилиндре с круглым сечением хорошо согласуется с полем дифракции, рассчитанным по известным аналитическим формулам.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается применение объединенного метода на основе конечных элементов и граничных элементов для анализа задачи дифракции электромагнитной волны на цилиндрическом периодическом объекте, период которого сравним с длиной волны. Результаты моделирования диэлектрических дифракционных решеток с различным периодом были сравнены с аналогичными результатами, полученными известным методом связанных волн.
Бесплатно
Объектив с дифракционным корректором для лазерного проигрывателя
Статья научная
Рассмотрены характеристики комбинированного объектива для лазерного проигрывателя с использованием одного из элементов компьютерной оптики - дифракционного корректора. Дан теоретический анализ сферохроматизма и децентрировки в объективе. Показано хорошее совпадение теоретических выводов с численными расчетами. Приведены экспериментальные результаты макетирования объектива.
Бесплатно
Ограниченные ID пучки Эйри: лазерный веер
Статья научная
Недавно был физически реализован еще один тип лазерных пучков [Siviloglou G. A., et al, Physical Review Letters 99, 213901 (2007)] - экспоненциальный световой пучок Эйри, который при распространении в свободном пространстве приблизительно сохраняет свой вид до некоторого расстояния и траектория распространения основного максимума при этом изгибается. Картина интенсивности распространения такого одномерного пучка напоминает радугу. В данной работе предложен к рассмотрению другой тип ограниченных пучков Эйри, который формируется в поперечном сечений мод резонаторов «шепчущей галереи». Проведено численное сравнение его распространения с экспоненциальными и Эйри-Гауссовыми пучками и показано, что предлагаемый тип пучка демонстрирует лучшую устойчивость к дифракции и сохранение осциллирующей структуры идеального распределения. Однако картина интенсивности распространения такого пучка больше напоминает не радугу, а веер.
Бесплатно
Одномерный фотонный кристалл на основе нанокомпозита: металлические наночастицы - диэлектрик
Статья научная
В работе исследован одномерный фотонный кристалл на основе нанокомпозита: металлические наночастицы - диэлектрик. Предсказано возникновение эффекта расщепления единой зоны на поляритонную и структурную фотонную запрещенную зону. Найдено различие в поведении структурной фотонной запрещенной зоны при изменении концентрации металлических наночастиц, в зависимости от ее положения относительно поляритонной фотонной запрещенной зоны. Рассмотренные эффекты позволяют расширить возможности создания новых фотонных кристаллов с заданными свойствами.
Бесплатно
Однослойные киноформные элементы для фото- и видеокамер мобильных устройств
Статья научная
Скорректированы условия, гарантирующие отсутствие визуально наблюдаемого гало в изображении, формируемом камерой мобильного электронного устройства, объектив которого включает дифракционную линзу с однослойной пилообразной рельефно-фазовой микроструктурой. На примере пластмассово-линзового объектива, предназначенного для смартфона, продемонстрированы целесообразность и эффективность включения в его схему дифракционной линзы с однослойной микроструктурой, не приводящей к возникновению визуально наблюдаемого гало.
Бесплатно
Одноэтапный детектор лиц и особых точек на цифровых изображениях
Статья научная
Поиск особых точек лица является важной подзадачей в решении ряда задач лицевой биометрии. В системах распознавания лиц построение биометрического шаблона происходит по предварительно выровненному (нормализованному) изображению лица, этап нормализации включает в себя задачу поиска основных точек лица. Актуальной в подобной задаче является проблема баланса между качеством работы детектора особых точек и скоростью. В данной статье предложен одноэтапный детектор лиц и особых точек на базе глубоких конволюционных нейронных сетей, работающий в режиме реального времени и достигающий высокого качества на ряде известных тестовых выборок (AFLW2000, COFW, Menpo2D). Предлагаемый детектор лиц и особых точек основан на идее одноэтапного детектора объектов SSD, зарекомендовавшего себя как алгоритм, обеспечивающий высокую скорость работы и высокое качество обнаружения объектов. В качестве базовой архитектуры глубоких конволюционных нейронных сетей используется сеть ShuffleNet V2. Важной особенностью предлагаемого алгоритма является то, что обнаружение лица на изображении и поиск ключевых точек делается за один проход глубоких конволюционных нейронных сетей, что позволяет значительно экономить время на этапе внедрения. Также подобная многозадачность позволяет снизить процент ошибок в задаче поиска особых точек, что позитивно сказывается на качестве работы итогового алгоритма распознавания лиц.
Бесплатно
Статья научная
Исследована возможность применения кольцевого преобразования Радона (КПР), введенного в рассмотрение авторами в их предыдущих работах, для решения таких оптических задач, как оконтуривание фазы и визуализация точек фазовой сингулярности световых полей. Проведено сравнение с существующими методами визуализации фазы. Получены аналитические выражения и проведены численные расчеты, подтверждающие эффективность применения КПР для решения указанных оптических задач.
Бесплатно
Операторное описание параксиальных световых полей
Статья научная
Дано описание параксиального светового поля, распространяющегося в свободном пространстве или среде с параболическим показателем преломления, с помощью операторов-инвариантов. Приведено интегральное преобразование (аналогичное преобразованию Френеля), описывающее распространение света в среде с параболическим показателем преломления. Приведены результаты численного и натурного экспериментов по формированию мод Гаусса-Эрмита с помощью фазовых ДОЭ. Отличие экспериментальных результатов от теоретических составило около 12%.
Бесплатно
Описание изображений с использованием конфигурационного отношения эквивалентности
Статья научная
В работе предлагается подход к построению описания данных и изображений, основанный на поиске оптимальной конфигурации (перестановки) их составляющих (отсчётов, областей, векторов признаков и др.). Критерий качества конфигурации, который может быть выбран в соответствии с прикладной задачей, определяет понятие оптимальности конфигурации. Конкретные конфигурации разбивают все множество анализируемых данных/изображений на эквивалентные подклассы, описания которых совпадают. Рассматриваются задачи инвариантности описаний, устойчивости предлагаемого представления, связи предлагаемого подхода с известными решениями: LBP и знаковым представлением изображения. Дана иллюстрация решения прикладной задачи с использованием предлагаемого подхода.
Бесплатно
Описание изображений с использованием модельно-ориентированных дескрипторов
Статья научная
В работе предлагается подход к построению описания изображений, основанный на их представлении с использованием набора модельно-ориентированных дескрипторов. Каждый дескриптор характеризует «схожесть» анализируемого изображения, представленного в виде комплекснозначного поля градиента, с некоторой предварительно выбранной моделью этого дескриптора. Для синтеза моделей дескрипторов в работе предлагается использовать метод главных компонент, применяемых для множества реализаций комплекснозначных градиентных полей. Предлагаемый подход позволяет получить описание комплекснозначного поля градиента анализируемого изображения в виде набора вещественных величин - признаков дескрипторов - из интервала [0, 1], которые одновременно характеризуют и фазовую, и абсолютную составляющую градиента изображения. Эффективность предлагаемого подхода демонстрируется на примере решения задачи распознавания лиц путем сопоставления с решением-прототипом (методом «собственных лиц»), использующим непосредственно полутоновые изображения. Сравнение выполняется с использованием классификатора по ближайшему соседу.
Бесплатно
Статья научная
Лазерное микроструктурирование поверхности находит применение при улучшении трибологических свойств материалов. Для повышения потенциала практического использования перспективным является расширение функциональных возможностей лазерного микроструктурирования путём применения более распространённых лазерных установок с длительностью импульса в миллисекундном диапазоне. Впервые определена возможность улучшения трибологических свойств поверхности керамики из карбида кремния импульсно-периодической лазерной обработкой с длительностью импульса в миллисекундном диапазоне. Оценивались изменения морфологии обработанной поверхности после импульсно-периодического лазерного воздействия. Установлено, что импульсно-периодическая лазерная обработка с энергией в импульсе 1,1 Дж и длительностью импульса 0,5 мс приводит к сглаживанию углублений на полированной поверхности керамики из карбида кремния. Более интенсивные режимы лазерной обработки приводят к образованию трещин на поверхности материала. Исследования трибологических свойств полученных структур показали, что среднее значение коэффициента трения поверхности после лазерной обработки снизилось на 15 %.
Бесплатно
Статья научная
Представлен метод определения концентрации органических загрязнений на поверхности диоксида кремния по картам латеральных сил и топологии поверхности, полученным методами атомно-силовой микроскопии. Проведена оптимизация значения скорости сканирования, позволяющая повысить контрастность получаемых изображений и облегчить интерпретацию получаемых данных. Экспериментально показано, что чувствительность разработанной методики достигает значения 10-11 г/см2. Ключевые слова: концентрация органических загрязнений, латеральные силы.
Бесплатно
Определение координат и параметров движения объекта на основе обработки изображений
Статья научная
Предлагается метод определения координат и параметров движения объекта: курса и скорости. Метод основан на определении относительного размера изображения объекта на экране телевизионной камеры по размеру изображения объекта на экране и по боковому смещению изображения относительно центральной оси экрана. Приведён алгоритм расчёта координат, курса и скорости объекта при использовании неподвижной или поворотной телевизионных камер. Приведены результаты экспериментальных исследований проверки работоспособности предложенного метода.
Бесплатно
