Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2511
Оптимизационный метод расчета оптических элементов при протяженном источнике излучения
Статья научная
Рассмотрен метод расчёта оптического элемента с двумя поверхностями свободной формы, формирующего заданное распределение освещенности для протяженного источника излучения. Метод основан на представлении поверхностей оптического элемента бикубическими сплайнами и последующей оптимизации их параметров с помощью квазиньютоновского метода, реализованного в пакете Matlab. Для расчета целевой функции предложен вариант метода трассировки лучей. С использованием предложенного метода рассчитан оптический элемент, имеющий рекордные характеристики: отношение высоты элемента к размеру источника излучения - 1,6; световая эффективность - 89,1 %; равномерность формируемого распределения (отношение минимальной и средней освещенности) в заданной квадратной области - 0,92.
Бесплатно
Оптимизация ДОЭ, фокусирующего гауссов пучок в прямоугольную фокальную область
Статья научная
Данная работа посвящена применению известной генетической итерационной процедуры нахождения экстремума функции многих переменных к расчету квантованного ДОЭ, фокусирующего Гауссов пучок в прямоугольник.
Бесплатно
Оптимизация бинарного ДОЭ для формирования "световой бутылки"
Статья научная
Предложена и исследована численная процедура оптимизации бинарных дифракционных оптических элементов (ДОЭ), предназначенных для формирования световых распределений типа "световая бутылка". Предложенная численная процедура основана на модификации генетического алгоритма оптимизации функции многих переменных. Приведены результаты вычислительных экспериментов.
Бесплатно
Оптимизация бинарных ДОЭ для формирования продольных распределений интенсивности
Статья научная
Рассмотрен стохастический подход к оптимизации квантованных дифракционных оптических элементов (ДОЭ), предназначенных для формирования заданных продольных распределений интенсивности.
Бесплатно
Оптимизация дисперсионных свойств кольцевого микрорезонатора
Статья научная
Работа посвящена проблеме создания интегральных однофотонных источников на основе спонтанного четырёхволнового смешения в кольцевых микрорезонаторах. На примере резонатора из нитрида кремния рассчитана дисперсия групповой скорости в широком диапазоне длин волн для случая, когда кольцевой резонатор состоит из прямых и изогнутых участков, и показано, что для различных длин волн излучения накачки можно найти оптимальное соотношение высоты и ширины волновода, при котором достигается нулевая дисперсия групповой скорости при минимальной высоте резонатора. Такие волноводы, обеспечивающие нулевую дисперсию и обладающие минимальной высотой, являются оптимальными для создания кольцевых микрорезонаторов, позволяющих генерировать однофотонные состояния в режиме невырожденного спонтанного четырёхволнового смешения.
Бесплатно
Оптимизация интерполятора многомерного сигнала в пространстве уменьшенной размерности
Статья научная
Разрабатываются адаптивные интерполяторы многомерного сигнала, учитывающие наличие и направление границ гладких областей сигнала в каждой локальной окрестности за счёт автоматического выбора интерполирующей функции для каждого отсчёта сигнала. Выбор интерполирующей функции производится посредством параметризованного правила, оптимизация которого производится в параметрическом пространстве уменьшенной размерности. Уменьшение размерности выполняется с использованием ранговой фильтрации локальных разностей в окрестности каждого отсчёта сигнала. Интерполирующие функции адаптивных интерполяторов записываются для многомерного, трёхмерного и двумерного случаев. Также рассматривается применение адаптивных интерполяторов в задаче компрессии многомерных сигналов. Приводятся результаты экспериментального исследования адаптивных интерполяторов на реальных многомерных сигналах различных типов.
Бесплатно
Оптимизация качества распознавания выбором допусков при обучении нейронной сети
Статья научная
Рассматривается алгоритм обучения многослойного персептрона с использованием равномерного критерия. Исследуется возможность улучшения характеристик распознавания путем настройки параметров критерия с использованием дополнительной информации о достижимом качестве распознавания, получаемой в процессе обучения. Приводится пример реализации алгоритма применительно к задаче распознавания арабских цифр.
Бесплатно
Оптимизация метода прямой записи при изготовлении ДОЭ с непрерывным профилем
Статья научная
Разработан новый метод представления данных описывающих топологию дифракционных оптических элементов для сканирующих устройств записи изображения. Предлагаемый векторно-градиентный формат данных основан на кусочно-линейной аппроксимации профиля дифракционной зоны. Разработан программируемый векторно-градиентный генератор, поддерживающий этот формат. Изготовлены экспериментальные образцы дифракционных оптических элементов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена возможность генерации поверхностных плазмон-поляритонов с орбитальным угловым моментом («закрученных плазмонов») на цилиндрических проводниках дифракционным методом ("end-fire coupling technique") в спектральном диапазоне от 8,5 до 141 мкм (~2 - 40 ТГц). Торец цилиндра освещается Бесселевыми пучками, сформированными с помощью бинарных спиральных фазовых аксиконов, или кольцевыми закрученными пучками, сформированными в фокальной плоскости дополнительной линзы. Построены графики, определяющие связь между параметрами волновода (диаметр проводника, равный диаметру освещающего пучка, и угол «закрутки» плазмона) и параметрами аксикона (отношение периода аксикона к длине волны излучения) для указанных выше длин волн и топологических зарядов пучков от 1 до 9. Полученные результаты свидетельствуют о возможности проведения в длинноволновом диапазоне экспериментов по моделированию плазмонного мультиплексного канала связи.
Бесплатно
Оптимизация параметров инжекционного литья мультилинз из термопластичных полимеров
Статья научная
Предложен метод оптимизации параметров инжекционного литья с использованием численного имитационного моделирования процесса. На примере изготовления оптического элемента для дорожного освещения определены критерии качества отливок мультилинз, наиболее полно характеризующие возможное отклонение поверхностей от расчётной модели. С использованием оптимально подобранных параметров инжекционного литья и геометрических размеров пресс-формы изготовлены мультилинзы из поликарбоната с наибольшей погрешностью расположения оптических поверхностей, по результатам моделирования в пределах значений допусков для 7-го квалитета точности.
Бесплатно
Оптимизация параметров планарной бинарной линзы для видимого диапазона излучения
Статья научная
В работе проведено 3D моделирование фокусировки линейно-поляризованного света планарной бинарной цилиндрической линзой, аналогичной градиентной линзе Микаэляна, для видимого света с длиной волны (lambda) = 0,532 нм. Показатель преломления материала линзы n = 1,56. Минимальный диаметр фокусного пятна на выходе линзы равен 0,37 от длины волны света по полуспаду интенсивности. Эффективность фокусировки света при этом равна 41%. Моделирование проводилось FDTD-методом с помощью коммерческой программы FullWave фирмы RSoft.
Бесплатно
Оптимизация параметров устройства трибометрического измерения чистоты поверхности подложек
Статья научная
Проведена оптимизация параметров и режимов работы устройства экспресс-контроля чистоты поверхности, реализующего метод трибометрического взаимодействия двух подложек. В результате оптимизации определены количественные значения параметров и режимы работы устройства, при которых осуществляется прецизионное измерение чистоты поверхности подложек. Показано, что применение совместно с устройством экспресс-контроля компьютерного анализа обеспечивает возможность многократного использования подложки-индентора при контроле чистоты всей площади поверхности подложек, а также поверхностей с разной степенью загрязнения.
Бесплатно
Оптимизация поля температур при лазерной обработке материалов с применением фокусаторов излучения
Статья научная
Разработана модель управления тепловым воздействием на конструкционные материалы энергетических источников с пространственно-временным модулированием распределения плотности мощности, проведены теоретические и экспериментальные исследования температурных полей, имеющих место в материалах при проведении лазерной термической обработки с применением фокусаторов излучения [1]. Проведены теоретические и экспериментальные исследования формирования требуемого температурного поля в материалах, разработана методика определения требуемого теплового потока. Это позволяет реализовать ситуацию, когда инструмент - лазерный луч (форма светового пятна и распределение интенсивности излучения) рассчитывается под потребности технологии, а не наоборот. Контроль температурных полей осуществлялся оптико-электронной системой анализа потоков теплового излучения от объекта. Экспериментальная проверка распределения поля температур по глубине зоны термического влияния проводилась с использованием методов металлографического анализа. Проведенные экспериментальные исследования показали, что расчетные значения температур для выбранного класса материалов в широких диапазонах скорости движения (V=(2…30).10-3 м/с) и мощности (Qп=(0,2…1).103 Вт) удовлетворительно (погрешность δ ≤ 15..25%) совпадают с экспериментальными.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются вопросы математического моделирования просветляющих покрытий элементов оптоэлектроники с учетом спектрального взаимодействия.
Бесплатно
Оптимизация размещения средств наблюдения в трёхмерной сцене с целью минимизации «слепых зон»
Статья научная
Рассматривается применение средств наблюдения различных типов и их конфигурации в разработанном программном комплексе, предназначенном для минимизации «слепых зон» в сложной трёхмерной сцене. Описывается архитектура программного комплекса, принцип работы средств наблюдения, алгоритм определения слепых зон. Формальная постановка задачи минимизации «слепых зон» сведена к решению оптимизационной задачи для специально определённого графа наблюдаемости.
Бесплатно
Статья научная
В работе решается задача восстановления большеформатных изображений посредством фильтрации. Описывается метод секционированной свертки. Представляется метод выбора оптимального размера блока. Приводится базовый алгоритм ДПФ для выбранного размера блока, указывается его вычислительная сложность, а также характеристики реализации.
Бесплатно
Оптимизация схемы Д. Габора для записи компьютерных голограмм
Статья научная
Обсуждаются возможности цифрового восстановления голограмм, записанных на матричном фотоприемнике по схеме Д. Габора. Рассматриваются вопросы определения предельных расстояний от объекта до голограммы, в зависимости от характеристик матричного фотоприемника и геометрических параметров схемы записи. При записи и восстановлении компьютерных голограмм на небольших расстояниях качество восстановленных изображений достаточно низкое, что связано, прежде всего, с наличием сопряженного мнимого изображения, удаленного на малое расстояние от действительного. На больших расстояниях влияние мнимого изображения уменьшается, но при этом излучение опорной волны, дифрагирующее на высокочастотных периодах голограммы, выходит из области построения действительного изображения, что снижает качество восстановления действительного изображения.
Бесплатно
Оптимизация ядра диффузии ошибки для растрирования полутоновых изображений
Статья научная
Настоящая работа посвящена поиску наилучшего с точки зрения качества ядра в методе диффузии ошибки, используемом для растрирования полутоновых изображений, при различных ограничениях на вид ядра. В качестве объективной меры качества использовался показатель WSNR. Его выбор обусловлен результатами сравнения с другими мерами. Задача многомерной оптимизации решалась численно с использованием нескольких известных алгоритмов: Нелдера–Мида, BFGS и др. В результате исследования найдено ядро, позволяющее обеспечить выигрыш по качеству около 5% в сравнении с наилучшим из традиционно используемых ядром Флойда. Другие ядра позволяют существенно снизить вычислительную сложность алгоритма без снижения качества. Поскольку метод диффузии ошибки, существенно превосходя используемые в полиграфии методы по качеству получаемых образцов, всё же не находит широкого применения в этой области из-за относительно низкой скорости работы, полученные в работе результаты могут способствовать более активному использованию данного метода на практике.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача оптимизации и изготовления субволновой бинарной цилиндрической пропускающей дифракционной линзы с фокусным расстоянием f = 300 мм для длины волны λ = 141 мкм. В качестве материала подложки дифракционной линзы использовался высокоомный кремний. Расчётное значение угла падения освещающего пучка составляло π /6. Параметрами оптимизации были выбраны высота профиля дифракционной линзы и коэффициент заполнения штриха. Главной целью оптимизации конструкции было увеличение дифракционной эффективности линзы. Расчёт дифракционной эффективности дифракционной линзы осуществлялся методом Фурье-мод. Дифракционная линза изготовлена методом плазмохимического травления (Бош-процесс) поверхности кремниевой подложки. Оценка дифракционной эффективности рассчитанной линзы составила e = 70 %. Однако экспериментально измеренная дифракционная эффективность была значительно меньше расчётной. В статье приведён анализ снижения дифракционной эффективности, связанного с 1) технологическими погрешностями формирования дифракционного микрорельефа; 2) деструктивной интерференцией излучения в случае отсутствия учёта толщины кремниевой подложки при расчёте микрорельефа. Приведены рекомендации по расчёту микрорельефа с учётом толщины подложки.
Бесплатно
Статья научная
Предложен метод расчета дифракционной нейронной сети (ДНС) для решения различных задач классификации изображений на различных длинах волн. В рамках метода задача расчета ДНС формулируется как задача минимизации функционала, зависящего от функций высот микрорельефа дифракционных оптических элементов, образующих ДНС, и представляющего ошибку решения заданных задач классификации на расчетных длинах волн. Для производных функционала получены явные выражения, и на этой основе сформулирован градиентный метод расчета дифракционной нейронной сети. С использованием предложенного градиентного метода рассчитаны ДНС для решения трех различных задач классификации изображений на трех длинах волн. Представленные результаты моделирования работы рассчитанных ДНС демонстрируют хорошие рабочие характеристики предложенного метода.
Бесплатно
