Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2572
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
Оптическая микроманипуляция с использование бинарного динамического модулятора света
Статья научная
Экспериментально показана возможность захвата, перемещения и позиционирования микрообъектов с помощью бинарного динамического модулятора света. Описана методика формирования световых пучков для реализации перемещения микрообъектов с помощью динамического модулятора света.
Бесплатно
Оптическая микроманипуляция с использованием бинарных фокусаторов
Статья научная
Рассчитаны ДОЭ, позволяющие формировать заданное распределение амплитуды и фазы. Эти ДОЭ предназначены для использования в задачах оптической микроманипуляции. Рассмотрены эксперименты по оптическому захвату микрообъектов с использованием указанных выше элементов. Представлены результаты эксперимента по оптическому захвату сферических микрообъектов в нескольких световых пучках с заданным распределением фазы.
Бесплатно
Оптическая микроманипуляция с использованием микровзрывов частиц полистирола
Статья научная
Описано поведение полистироловых микрочастиц в сфокусированном пучке ультрафиолетового импульсно-периодического лазера с длиной волны 355 нм. Представлен способ перемещения микрообъектов размером от 10 до 200 мкм за счёт микровзрывов частиц полистирола. Представлены результаты натурного эксперимента по перемещению микрообъекта размером около 200 мкм.
Бесплатно
Статья научная
Если вблизи поверхности (на расстоянии меньше 100 нм) высокоапертурной градиентной микролинзы из кремния с показателем преломления в виде гиперболического секанса, которая (линза) освещается лазерным излучением с длиной волны 1,55 мкм, на оптической оси расположить диэлектрическую наночастицу (диаметр около 70 нм), то ее будет притягивать к поверхности линзы с силой в доли пиконьютона. А если в линзе сделано углубление, то наночастица будет втягиваться в это углубление. Своего рода «оптический магнит». Если вблизи выходной поверхности такой градиентной линзы сформировать на оптической оси обратный поток энергии, то его присутствие приведет к тому, что диэлектрическая наночастица с поглощением будет «притягиваться» к поверхности с большей силой, чем такая же частица без поглощения. В отсутствие обратного потока обе частицы (с поглощением и без) притягиваются одинаково. Расчеты полей выполнены методом конечных разностей во временной области, а силы рассчитаны с помощью тензора напряжений Максвелла.
Бесплатно
Оптическая система для дистанционного зондирования в УФ -, видимом и ближнем ИК-диапазонах
Статья научная
При использовании орбит с большими высотами для дистанционного зондирования Земли требуется специальная оптическая система. В данной работе представлена оптическая система с полем зрения 4°, обеспечивающая высокое разрешение для спектрального диапазона 200 - 3300 нм. Рассчитаны и приведены параметры конструктивных элементов системы. Рассмотрены точечные диаграммы пятен рассеяния для центра поля, промежуточных зон и на краю поля, и представлены кривые аберраций. Показано, что для большей части рабочего спектрального диапазона оптическая система является дифракционно-ограниченной, что способствует получению максимально возможного пространственного разрешения. Система рассматривается как инструмент для дистанционного зондирования Земли и сбора информации в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах.
Бесплатно
Оптическая система для проведения селективной лазерной сублимации компонентов металлических сплавов
Статья научная
Определена возможность применения в составе лазерной технологической установки фокусатора излучения и зеркала со сферической поверхностью для проведения селективной лазерной сублимации компонента модельного сплава системы Сu-Zn. Установлено, что при повороте фокусатора излучения происходит поворот оси фокального отрезка в плоскостях меридионального и сагиттального фокусов оптической системы, изменяются фокусные расстояния, длины фокальных отрезков уменьшаются, при этом средняя величина плотности мощности увеличивается.
Бесплатно
Оптическая система измерителя метеорологической оптической дальности
Статья научная
Рассмотрены принципы построения измерителя метеорологической оптической дальности видимости, получено новое соотношение для его определения. Приведена оптическая схема измерителя метеорологической оптической видимости и приведены характеристики нового измерителя.
Бесплатно
Статья научная
Разработана и экспериментально испытана новая оптическая система для преобразования поляризации модовых пучков из линейной (наиболее характерной для лазерного излучения) в аксиально-симметричные (радиальную или азимутальную, как более эффективные в различных приложениях), а также с разнообразной неоднородной структурой. Схема основана на когерентном сложении модовых пучков с использованием фазовых дифракционных решеток, позволяющих менять межмодовый фазовый сдвиг без применения дополнительных элементов. Простота и универсальность схемы достигается за счет применения дифракционных оптических элементов для генерации заданных модовых распределений необходимой ориентации в пространстве, а также получения одновременно нескольких разных поперечных мод в разных лучах для их дальнейшей комбинации.
Бесплатно
Оптические вихревые пучки с бесконечным числом винтовых дислокаций
Статья научная
При передаче данных с помощью вихревых лазерных пучков носителем информации может являться топологический заряд, теоретическое значение которого не ограничено. Однако, топологический заряд одного отдельного вихря (винтовой дислокации) ограничен возможностями его формирования. Поэтому в данной работе изучены три примера мультивихревых Гауссовых световых полей (два пучка структурно устойчивые и один пучок астигматический), у которых неограниченное (счётное) множество винтовых дислокаций одного знака. Как следствие, топологический заряд этих полей бесконечен. Первый пучок имеет амплитуду в виде Гауссовой функции, умноженной на косинус с вихревым аргументом в квадрате. У такого пучка центры сингулярности фазы лежат на обеих декартовых осях в плоскости перетяжки и «уплотняются» с увеличением расстояния от оптической оси. Распределение интенсивности у такого пучка имеет вид «четырёхконечной звезды». Все оптические вихри у такого пучка имеют одинаковый топологический заряд +1. Второй пучок, описывается также Гауссовой функцией, умноженной на косинус в произвольной степени, и также от вихревого аргумента. Этот пучок имеет счётное число оптических вихрей, которые эквидистантно расположены на одной декартовой оси в плоскости перетяжки и топологический заряд каждого из них равен степени, в которую возводится косинус. Интенсивность такого пучка имеет вид двух световых пятен, центры которых находятся на прямой, перпендикулярной прямой, на которой лежат центры оптических вихрей. И третий пучок во многом похож на первый, но формируется с помощью наклонной цилиндрической линзы из косинусной одномерной решетки с квадратичным аргументом.
Бесплатно
Оптические вихри в резонаторах ввода-вывода
Статья научная
В данной работе исследуется распространение оптических вихрей через резонатор ввода-вывода на основе многомодового волокна. В векторном приближении на основе формализма трансфер-матрицы изучается передача оптических вихрей через такую систему. Получены кривые пропускания оптических вихрей, и показано, что резонатор ввода-вывода может быть использован для маршрутизации оптических вихрей и инверсии топологического заряда оптических вихрей. Показано, что такую систему можно использовать для генерации вихревых частотных гребёнок. При исследовании времени групповой задержки установлено, что резонатор ввода-вывода может быть использован в линиях задержки для оптических вихрей. Кроме того, показано, что исследуемая система пригодна для управления орбитальным угловым моментом поля.
Бесплатно
Оптические методы идентификации дактилограмм
Статья научная
Рассмотрены оптико-цифровые системы для идентификации дактилограмм по пространственному спектру и по полю направлений. Для построения поля направлений предложена оптическая схема когерентного корелятора с пространственным фильтром, состоящим из сегментных дифракционных решеток. Показано, что анализ по полю направлений более предпочтителен. Показано также, что при анализе отпечатков пальцев по Фурье-спектру существенной оказывается информация только об угловом распределении спектра, а данные о радиальном распределении спектра являются избыточными.
Бесплатно
Оптические пучки с бесконечным числом вихрей
Статья научная
При передаче данных с помощью вихревых лазерных пучков носителем информации может являться топологический заряд, теоретическое значение которого не ограничено. Однако, топологический заряд одного отдельного вихря ограничен возможностями его формирования. Поэтому в данной работе проанализированы пучки с неограниченным (счётным) множеством оптических вихрей. Суммарный топологический заряд таких пучков бесконечен. Центры сингулярности фазы (изолированные нули интенсивности) таких пучков, как правило, имеют единичный топологический заряд и расположены эквидистантно (или не эквидистантно) на прямой линии в поперечном сечении пучка. Такие пучки структурно устойчивые и при распространении в пространстве изменяются только масштабно и вращаются. Орбитальный угловой момент таких мультивихревых пучков конечный, так как только конечное число оптических вихрей попадает в область Гауссова пучка с заметной интенсивностью. Остальные центры сингулярности фазы находятся на периферии (и на бесконечности), где интенсивность почти нулевая.
Бесплатно
