Двумерные фрактальные распределения: теория и практические приложения
Двумерные фрактальные распределения: теория и практические приложения
Ф. А. Тулапин, П. В. Короленко, Р. Т. Кубанов, О. В. Степанов, А. И. Терентьева
Выполнен краткий ретроспективный анализ свойств фрактальных световых изображений и их использования в медицине. С помощью алгоритмов, построенных на основе двумерной функции Вейерштрасса, выполнен расчет скейлинговых характеристик регулярных и стохастических спеклоподобных фрактальных структур. Показано, что скейлинг пространственных спектров фрактальных спекловых полей обеспечивает высокую эффективность их применения в арт-терапии и офтальмологии. В ходе моделирования световых полей с помощью функции Вейерштрасса было обнаружено, что их конфигурация при определенном наборе параметров дает возможность сформировать мультиплексную структуру светового излучения, которая может с успехом использоваться в оптических пинцетах
Показать АннотациюОсобенности распространения спекловых фрактальных структур в свободном пространстве
Особенности распространения спекловых фрактальных структур в свободном пространстве
Р. Т. Кубанов, А. М. Зотов, П. В. Короленко, А. Ю. Мишин
Рассмотрено дифракционное преобразование скейлинговых и статистических характеристик спекловых фрактальных полей. Для их модельного представления использованы свойства двумерной функции Вейерштрасса со случайными фазами ее гармоник и релеевским законом распределения интенсивности. Оценка характеристик светового поля на разных расстояниях от начальной плоскости проводилась методом его разложения по плоским волнам в сочетании с методом покрытий. Она показала, что при распространении световых спекловых пучков сохраняется фрактальность в поперечном распределении амплитуды поля, однако, значения фрактальной размерности может заметным образом изменяться. При этом имеет место скейлинг в пространственном спектре излучения. Это свойство обеспечивает высокую эффективность применения фрактальных спекловых структур в арт-терапии и офтальмологии.
Показать АннотациюИзлучатели лазерных диодов с длительностью оптического импульса менее 10 нс
Излучатели лазерных диодов с длительностью оптического импульса менее 10 нс
Р. В. Дибольский$^1$, А. Н. Туркин$^1$, А. М. Морозюк$^2$
В последнее время всё больше возрастает интерес к мощным импульсным полупроводниковым лазерам. Это объясняется их высокой эффективностью, а также широкими возможностями практического применения этих источников света, в частности, для передачи данных в открытом пространстве, метрологии, системы машинного видения (LiDAR) и т.п. Обычно генераторы лазерных импульсов имеют в своем составе полупроводниковый лазер и внешний источник импульсного тока накачки. Такой подход обладает рядом недостатков, связанных с необходимостью согласования полупроводникового лазера с источником накачки, наличием паразитных связей, проявляющихся при генерации мощных токовых импульсов, снижающих общую энергетическую эффективность и быстродействие системы. Кроме этого, использование внешних источников не всегда позволяет реализовать преимущество полупроводниковых лазеров, связанное с малыми размерами. Особую сложность задача реализации импульсной токовой накачки приобретает при построении систем, включающих сотни и тысячи одиночных излучателей, как мощных, так и маломощных. Здесь, помимо требований к силовой части источника, возникает вопрос об энергетической эффективности генерируемых сигналов управления такой системой. Наиболее перспективным решением является использование приборов, объединяющих функции импульсных источников с малосигнальным управлением и лазерных излучателей. Интеграция мощного быстродействующего ключа с эффективной лазерной гетероструктурой позволила показать возможность генерации оптических импульсов с длительностью менее 10 нс.
Показать АннотациюУправление спектральными характеристиками ТГц излучения с использованием многослойных диэлектрических структур
Управление спектральными характеристиками ТГц излучения с использованием многослойных диэлектрических структур
И. Н. Николаева$^{1,2,3}$, Г. С. Рогожников$^3$
Проведены экспериментальные исследования, связанные с взаимодействием непрерывного терагерцового излучения миллиметрового диапазона длин волн с многослойными диэлектрическими структурами. Показаны возможности управления пространственными и спектральными характеристиками излучения в интересах создания устройств, которые могут найти применение в устройствах защищенной связи, запреградного видения и дистанционного зондирования.
Показать АннотациюИсследование возможности реализации оптических изоляторов на основе структур с распределенной обратной связью и рассмотрение их применения в оптических системах
Исследование возможности реализации оптических изоляторов на основе структур с распределенной обратной связью и рассмотрение их применения в оптических системах
К. А. Захаренков
Для реализации оптических изоляторов на основе дифракционных решеток были рассмотрены структуры с распределенной обратной связью в виде волноводов с дифракционной решеткой, используемых в DFB лазерах. Рассмотрены условия Брэгга, на основе которых происходят брэгговское отражение, и проведено конструктивное сравнение реализации оптических изоляторов на основе дифракционных и брэгговских решеток. В результате были смоделированы волноводы со встроенной дифракционной решеткой и построены графики спектра отражения. Результаты моделирования демонстрируют потенциал применения ассиметричных дифракционных решеток в разработке новых типов оптических изоляторов, обеспечивающих более высокую степень контроля за распространением света в интегрально-оптических системах, где обратные отражения сигнала могут быть критичны.
Показать АннотациюВысокотемпературная тепловизионная система на кремниевом фотоприемнике
Высокотемпературная тепловизионная система на кремниевом фотоприемнике
А. А. Манцветов$^1$, Д. С. Барвиненко$^1$, П. О. Лазовская$^2$, В. В. Давыдов$^2$, В. В. Наумова$^3$
Обоснована необходимость поиска новых решений при наблюдении нагретых тел в диапазоне температур 400º…1400ºС. Установлены особенности работы и потенциальных характеристик измерительной тепловизионной системы для наблюдения высокотемпературных объектов, выполненной на основе кремниевого КМОП-сенсора. Для создания тепловизионной системы на кремниевом фотоприемнике Sony для наблюдения высокотемпературных объектов проведен расчет числа сигнальных электронов, образующихся в фотоприемнике при различных температурах. Кремниевые фотоприемники обычно используются для наблюдения в видимом диапазоне электромагнитного излучения, где объекты отражают световой поток. В работе предлагается использовать кремниевые фотоприемниик в ближнем ИК диапазоне, где объекты излучают. Разработана тепловизионная система на кремниевом фотоприемнике. Полученные с ее использованием новые результаты подтвердили возможность создания тепловизионной системы на кремниевом фотоприемнике.
Показать АннотациюРазработка трансивера оптического сигнала OFDM на основе AWGR
Разработка трансивера оптического сигнала OFDM на основе AWGR
Н. И. Поповский, В. В. Давыдов
В волоконно-оптических сетях увеличение скорости канала при сохранении одной несущей сталкивается с проблемой резкого сокращения дальности передачи без восстановления сигнала. Необходимость строительства дополнительных точек усиления приводит к увеличению стоимости систем связи. Оптимальным решением для сохранения дальности передачи и увеличения скорости канала является использование нескольких несущих частот в одном объединенном канале, который обычно называют суперканалом. Одним из возможных способов формирования суперканала является OFDM. Поскольку обратное преобразование Фурье топологически идентично преобразованию Фурье, AWGR может использоваться в передатчике в качестве мультиплексора сигналов OFDM. Исследуется устройство приемопередатчика, который будет работать как мультиплексор нескольких входных оптических каналов и передатчик одного общего суперканала в канал связи.
Показать АннотациюОбнаружение и анализ белковых соединений на основе рамановского рассеяния и машинного обучения
Обнаружение и анализ белковых соединений на основе рамановского рассеяния и машинного обучения
А. С. Штумпф
Белки являются важными компонентами человеческого организма, выполняя решающую роль в функционировании клеток: катализируют химические реакции и формируют клеточные структуры. Дисбаланс белкового обмена может иметь серьезные последствия, такие как нарушение иммунитета и изменение активности желез. Обнаружение различных биологических соединений представляет собой проблему из-за их сложных межмолекулярных связей, а традиционные методы, такие как иммуноанализ и хроматография, не всегда могут дать точные результаты. Представленное исследование направлено на преодоление этих ограничений путем внедрения подхода, который объединяет рамановскую спектроскопию и машинное обучение для точной идентификации белковых соединений. Эта методика направлена на минимизацию ошибок в количественном и качественном анализе и обеспечение систематического исследования белковых соединений. Полученные в ходе тестирования алгоритма на полученных в ходе экспериментов данных результаты свидетельствуют о возможности применения такой методики для более чем 10 веществ-аналитов и достижении точности свыше 90%. Сформированная таким образом методика работы с экспериментальными данными с использованием средств искусственного интеллекта может лечь в основу создания эффективных платформ и устройств для применения не только в научной сфере, но и также в сферах медицины, сельского хозяйства, пищевой безопасности.
Показать АннотациюВлияние свободных носителей заряда на дихроизм, отражение и пропускание в анизотропных пористых слоях кремния
Влияние свободных носителей заряда на дихроизм, отражение и пропускание в анизотропных пористых слоях кремния
И. н. Дэн, В. Ю. Тимошенко
Проведен теоретический анализ вклада свободных носителей заряда в оптические свойства в инфракрасной области спектра пористых кремниевых слоев микрометровой толщины, состоящих из анизотропных нанокристаллов кремния. Результаты расчетов в рамках обобщенной модели эффективной среды с учетом анизотропии формы нанокристаллов кремния и процессов взаимодействия электрического поля световой волны с подвижными носителями заряда в нанокристаллах свидетельствуют о сильной зависимости поляризационной анизотропии коэффициентов отражения, поглощения и пропускания пленок кремния от концентрации свободных носителей заряда. В случае концентрации носителей заряда в диапазоне от 10^16 до10^20 cм^(-3)имеет место сильное двулучепреломление и линейный дихроизм (анизотропия поглощения), а также немонотонная зависимость разностного (для перпендикулярных направлений поляризации) показателя преломления, коэффициентов отражения и пропускания от концентрации носителей заряда. Полученные результаты полезны при разработке оптических переключателей и модуляторов сигналов в элементах кремниевой фотоники.
Показать АннотациюОсобенности контроля положения оси лазерного излучения с использованием управляемых электрооптических систем в атмосферных оптических линиях связи
Особенности контроля положения оси лазерного излучения с использованием управляемых электрооптических систем в атмосферных оптических линиях связи
С. А. Шагако$^1$, В. В. Давыдов$^{1,2}$, В. В. Наумова$^2$
Рассмотрены перспективы развития и преимущества использования атмосферных оптических линий связи для решения различных задач. Обозначена основная проблема в этих линиях, связанная с рассогласованием положения осей лазерного излучения и фотоприемника при передачи оптического сигнала Оценены возможности существующих систем подстройки траектории оси лазерного излучения с пассивными оптическими элементами. Определены особенности постройки положения оси лазерного излучения с использованием электрооптической системы и разработана новая автоматической система для подстройки. Для данной конструкции автоматической системы выведены математические соотношения, которые позволяют выбрать ее оптимальную конфигурацию и материал для управляющих пластин. Проведено исследование функциональных возможностей по подстройки положения оси лазерного излучения для различных вариантов конструкции атмосферной оптической линии связи.
Показать Аннотацию