+
ПОПЕРЕЧНЫЙ ПОТОК ЭНЕРГИИ В ОСТРОМ ФОКУСЕ СВЕТА С ЦИРКУЛЯРНО-АЗИМУТАЛЬНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ВЫСОКОГО ПОРЯДКА
стр.311-318
Котляр В.В., Стафеев С.С.
Рассмотрена острая фокусировка света с циркулярно-азимутальной поляризацией m -го порядка. Это новый тип неоднородной гибридной поляризации, объединяющий свойства цилиндрической поляризации m -го порядка и круговой поляризации. С помощью формализма Ричардса-Вольфа получены аналитические выражения в фокусе для проекций векторов напряженности электрического и магнитного полей, распределения интенсивности, проекций вектора Пойнтинга и спинового углового момента. Теоретически и численно показано, что интенсивность в фокусе имеет 2( m + 1) локальных максимумов, расположенных вдоль замкнутого контура с нулевой интенсивностью в центре (на оптической оси). Показано, что в фокусе имеется 4 m вихрей поперечного потока энергии, центры которых расположены между локальными максимумами интенсивности. Также показано, что поперечный поток энергии меняет направление вращения 2(2 m + 1) раза при обходе в плоскости фокуса вокруг оптической оси. Интересно, что продольная проекция спинового углового момента в фокусе меняет знак 4 m раза. В тех областях плоскости фокуса, где поперечный поток энергии вращается против часовой стрелки, продольная проекция спинового углового момента положительная, а вектор поляризации вращается в плоскости фокуса против часовой стрелки. И наоборот, где поток энергии вращается по часовой стрелке, там и вектор поляризации вращается по часовой стрелке, а продольная проекция спинового углового момента отрицательная. Моделирование подтверждает выводы теории.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КРАЕВОЙ ДИСЛОКАЦИИ ВЫСОКОГО ПОРЯДКА В НАБОР ОПТИЧЕСКИХ ВИХРЕЙ (ВИНТОВЫХ ДИСЛОКАЦИЙ)
стр.319-323
Котляр В.В., Ковалев А.А., Налимов А.Г.
Теоретически показано, что астигматическое преобразование краевой дислокации (прямой линии нулевой интенсивности) n -го порядка формирует на двойном фокусном расстоянии от цилиндрической линзы n оптических эллиптических вихрей (винтовых дислокаций) с единичным топологическим зарядом, расположенных на прямой линии, перпендикулярной краевой дислокации, в точках, координаты которых являются корнями многочлена Эрмита n -го порядка. Орбитальный угловой момент краевой дислокации с астигматической фазой пропорционален n .
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
DESIGN AND MODELING OF A PHOTONIC INTEGRATED DEVICE FOR OPTICAL VORTEX GENERATION IN A SILICON WAVEGUIDE
стр.324-330
Kutluyarov R.V., Fatkhiev D.M., Stepanov I.V., Grakhova E.P., Lyubopytov V.S., Sultanov A.Kh.
We propose and numerically verify a design of the photonic integrated circuit for in-plane generation of a 1st azimuthal order vortex mode in dielectric rectangular waveguides. Radiation is introduced into the proposed structure in a standard way through two grating couplers. Applying a mode coupling and specific phase shift, a field with the required amplitude-phase distribution is formed directly in the output waveguide. The geometric dimensions of the device are simulated and optimized to fit the technological parameters of the silicon-on-insulator platform.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ 3D-РЕЗОНАТОРА ПЛАЗМОННОГО НАНОЛАЗЕРА С УЧЕТОМ НЕЛОКАЛЬНОСТИ И НАЛИЧИЯ ПРИЗМЫ МЕТОДОМ ДИСКРЕТНЫХ ИСТОЧНИКОВ
стр.331-339
Еремин Ю.А., Лопушенко В.В.
Рассматривается влияние эффекта нелокальности на оптические характеристики ближнего поля резонатора плазмонного нанолазера. На основе метода дискретных источников строится компьютерная модель, позволяющая проводить анализ характеристик ближнего поля слоистой наночастицы, располагающейся на прозрачной подложке в активной среде. При этом учет нелокальности плазмонного металла осуществляется в рамках модели обобщенного нелокального отклика. Исследуется возбуждение частицы как распространяющейся, так и неизлучающей волной. Установлены «оптимальные» направления внешнего возбуждения. Оказалось, что возбуждение неизлучающей волной ведет к большей интенсивности ближнего поля. Показано, что учет эффекта нелокальности в плазмонном металле существенно снижает коэффициент усиления поля.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СИГНАЛ АВТОКОРРЕЛЯЦИОННОГО НИЗКОКОГЕРЕНТНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА ПРИ ЗОНДИРОВАНИИ СЛОИСТОГО ОБЪЕКТА ВОЛНОВЫМ ПОЛЕМ С ШИРОКИМ УГЛОВЫМ СПЕКТРОМ
стр.340-349
Рассмотрено влияние ширины углового спектра (числовой апертуры) зондирующего слоистый объект частотно широкополосного волнового поля на сигнал автокорреляционного низкокогерентного интерферометра при пространственно когерентном и некогерентном освещении входного зрачка объектива, формирующего это поле. Установлено, что в случае некогерентного освещения увеличение ширины углового спектра поля приводит к уменьшению амплитуды, изменению формы и положения измерительных сигналов интерферометра из-за декорреляции интерферирующих парциальных составляющих объектного поля, отразившихся от различных границ раздела внутри объекта. В случае когерентного освещения формирование сигнала автокорреляционного низкокогерентного интерферометра происходит в конфокальном режиме, что приводит к выделению по амплитуде измерительных сигналов, определяемых кросс-корреляциями парциальной составляющей, отразившейся от границы раздела, на которую сфокусировался зондирующий пучок, с парциальными составляющими, отразившимися от других границ раздела внутри объекта. Этот эффект позволяет определить параметры внутренней слоистой структуры объекта без привлечения априорной информации об этой структуре. При этом увеличение числовой апертуры зондирующего объект пучка приводит к увеличению систематической ошибки определения оптических толщин слоев, которая может быть оценена на основе полученных выражений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
РАСЧЁТ СТИГМАТИЧЕСКОЙ ЛИНЗЫ С МИНИМАЛЬНЫМИ ФРЕНЕЛЕВСКИМИ ПОТЕРЯМИ
стр.350-355
Досколович Л.Л., Быков Д.А., Грейсух Г.И., Стрелков Ю.С.
Рассмотрен метод расчёта линз с двумя асферическими поверхностями, имеющих минимальные френелевские потери в классе стигматических линз. Минимизация френелевских потерь достигается за счёт одинаковых углов девиации лучей на поверхностях линзы. Расчёт линз с минимальными френелевскими потерями сведен к решению обыкновенного дифференциального уравнения, разрешённого относительно производной. Для профилей линз также получены простые аналитические аппроксимации.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОПТИЧЕСКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАТОР НА ОСНОВЕ ТРЕХСЛОЙНОЙ МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
стр.356-363
Кашапов А.И., Досколович Л.Л., Быков Д.А., Безус Е.А., Нестеренко Д.В.
Рассмотрены оптические свойства резонансной структуры «металл-диэлектрик-металл», состоящей из верхнего металлического слоя, диэлектрического слоя и металлической подложки. С использованием модели многолучевой интерференции доказано, что коэффициент отражения указанной структуры может строго обращаться в нуль. Наличие нуля отражения позволяет использовать «металл-диэлектрик-металл»-структуру в качестве оптического дифференциатора. Приведенные результаты численного моделирования демонстрируют возможность оптического вычисления производной по пространственной координате и во времени. Полученные результаты могут найти применение при создании систем аналоговых оптических вычислений и оптической обработки информации.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ПРИМЕНЕНИЕ БЕСПРОВОДНОЙ СЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОХРАНЫ ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАТЧИКОВ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
стр.364-371
В работе был рассмотрен алгоритм, выносящий решение о наличии или отсутствии проникновения на охраняемый объект на основе данных, получаемых датчиками инфракрасного излучения, входящими в беспроводную сенсорную систему. На основе теоретических положений приведены методики расчета ослабления средой инфракрасного излучения, в том числе ослабления за счет молекулярных газов и аэрозольного ослабления. Показаны особенности влияния окружающей среды на функционирование локальных тепловых сенсоров. Также рассмотрены особенности характеристик помехоустойчивости канала радиосвязи с учетом замираний. С целью анализа влияния среды на эффективность всей системы приведены зависимости полной вероятности ошибки от энергетического параметра как с учетом ослабления инфракрасного излучения средой на уровне локальных сенсоров, так и с учетом замираний в канале радиосвязи. Кроме того, приведена зависимость полной вероятности ошибки от дистанции связи под влиянием замираний. Выполнен анализ полученных результатов и оценена степень влияния среды распространения на качество функционирования беспроводной сенсорной системы теплового вида. При этом показано, что сложные метеоусловия могут оказать существенное влияние на эффективность функционирования локальных сенсоров, а следовательно, и всей системы. Однако, несмотря на возможное существенное ухудшение эффективности вследствие ослабления инфракрасного излучения, а также замираний в канале радиосвязи, эффективность может быть повышена за счет увеличения количества используемых сенсоров.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
NON-MARKOVIAN DECOHERENCE OF A TWO-LEVEL SYSTEM IN A LORENTZIAN BOSONIC RESERVOIR AND A STOCHASTIC ENVIRONMENT WITH fiNITE CORRELATION TIME
стр.372-381
Mikhailov V.A., Troshkin N.V.
In this paper we investigate non-Markovian evolution of a two-level system (qubit) in a bosonic bath under influence of an external classical fluctuating environment. The interaction with the bath has the Lorentzian spectral density, and the fluctuating environment (stochastic field) is represented by a set of Ornstein-Uhlenbeck processes. Each of the subenvironments of the composite environment is able to induce non-Markovian dynamics of the two-level system. By means of the numerically exact method of hierarchical equations of motion, we study steady states of the two-level system, evolution of the reduced density matrix and the equilibrium emission spectra in dependence on the frequency cutoffs and the coupling strengths of the subenvironments. Additionally, we investigate the impact of the rotating wave approximation (RWA) for the interaction with the bath on accuracy of the results.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АВТОМАТИЧЕСКАЯ КАЛИБРОВКА СИСТЕМЫ ВИДЕОКАМЕР И ЛИДАРОВ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ МОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
стр.382-393
Блохинов Ю.Б., Андриенко Е.Э., Казахмедов К.К., Вишняков Б.В.
Автономная навигация беспилотных автомобилей является в настоящее время одной из наиболее интересных научных и технических задач, и это тем более справедливо, если движение осуществляется на пересеченной местности. Как правило, подобные комплексы оснащаются различными сенсорами, работающими одновременно, а для сбора и анализа данных различной природы разрабатывается сложное программное обеспечение. Для совместного использования данных от множества камер и лидаров необходимо обеспечить их взаимную привязку в единой системе координат. Эта задача решается в процессе калибровки системы . Общая идея заключается в том, чтобы поместить в поле зрения сенсоров объект специального вида, характерные точки которого могут детектироваться автоматически с разных точек съемки всеми сенсорами. Тогда вариативная съемка объекта позволяет создать необходимое число связующих точек для взаимной привязки сенсоров. В данной работе представлена технология автоматической калибровки системы съемочных камер и лидаров при помощи оригинального калибровочного объекта. Приведены результаты экспериментов, подтверждающие достаточно высокую точность калибровки.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ОБЪЕКТА ПО ЕГО ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНОМУ ИЗОБРАЖЕНИЮ
стр.394-398
ДЕМИН А.В., Сечак Е.Н., Присяжнюк С.П.
В статье приведены результаты исследований и разработки гипервидеоспектрометра скважинного флюида в реальных условиях эксплуатации и спектральном диапазоне от 0,35 мкм до 2,1 мкм. Разработана математическая модель и алгоритм идентификации скважинного флюида по составу и процентному содержанию по результатам анализа гиперспектрального изображения.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
MULTISPECTRAL OPTOELECTRONIC DEVICE FOR CONTROLLING AN AUTONOMOUS MOBILE PLATFORM
стр.399-404
Titov V.S., Spevakov A.G., Primenko D.V.
The paper substantiates the use of multispectral optoelectronic sensors intended to solve the problem of improving the positioning accuracy of autonomous mobile platforms. A mathematical model of the developed device operation has been suggested in the paper. Its distinctive feature is the cooperative processing of signals obtained from sensors operating in ultraviolet, visible, and infrared ranges and lidar. It reduces the computational complexity of detecting dynamic and stationary objects within the field of view of the device by processing data on the diffuse reflectivity of materials. The paper presents the functional organization of a multispectral optoelectronic device that makes it possible to detect and classify working scene objects with less time spending as compared to analogs. In the course of experimental research, the validity of the mathematical model was evaluated and there were obtained empirical data by means of the proposed hardware and software test stand. The accuracy evaluation of the detected object, at a distance of up to 100m inclusive, is within 0.95. At a distance of more than 100 m, it decreases. This is due to the operating range of a lidar. Error in determining spatial coordinates is of exponential character and it also increases sharply at a distance close to 100 m.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ADAPTIVE COLOR SPACE MODEL BASED ON DOMINANT COLORS FOR IMAGE AND VIDEO COMPRESSION PERFORMANCE IMPROVEMENT
стр.405-417
Madenda S., Darmayantie A.
This paper describes the use of some color spaces in JPEG image compression algorithm and their impact in terms of image quality and compression ratio, and then proposes adaptive color space models (ACSM) to improve the performance of lossy image compression algorithm. The proposed ACSM consists of, dominant color analysis algorithm and YCoCg color space family. The YCoCg color space family is composed of three color spaces, which are YCcCr, YCpCg and YCyCb . The dominant colors analysis algorithm is developed which enables to automatically select one of the three color space models based on the suitability of the dominant colors contained in an image. The experimental results using sixty test images, which have varying colors, shapes and textures, show that the proposed adaptive color space model provides improved performance of 3 % to 10 % better than YCbCr, YDbDr, YCoCg and YCgCo-R color spaces family. In addition, the YCoCg color space family is a discrete transformation so its digital electronic implementation requires only two adders and two subtractors, both for forward and inverse conversions.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
SOLVING THE BOUNDARY ARTIFACT FOR THE ENHANCED DECONVOLUTION ALGORITHM SUPPOSE APPLIED TO FLUORESCENCE MICROSCOPY
стр.418-426
The SUPPOSe enhanced deconvolution algorithm relies in assuming that the image source can be described by an incoherent superposition of virtual point sources of equal intensity and finding the number and position of such virtual sources. In this work we describe the recent advances in the implementation of the method to gain resolution and remove artifacts due to the presence of fluorescent molecules close enough to the image frame boundary. The method was modified removing the invariant used before given by the product of the flux of the virtual sources times the number of virtual sources, and replacing it by a new invariant given by the total flux within the frame, thus allowing the location of virtual sources outside the frame but contributing to the signal inside the frame.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
РАЗРАБОТКА ВЕКТОРНОГО АЛГОРИТМА ПО ТЕХНОЛОГИИ CUDA ДЛЯ ТРЕХМЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ КОАГУЛЯЦИИ СЕТЧАТКИ
стр.427-437
Широканев А.С., Андриянов Н.А., Ильясова Н.Ю.
Для лечения диабетической ретинопатии в современной практике применяется лазерная коагуляция. В процессе лазерной операции параметры лазерного воздействия подбираются вручную врачом, что требует от врача достаточного опыта и знаний, чтобы достичь терапевтического эффекта. На основе математического моделирования процесса лазерной коагуляции можно оценить основные параметры без проведения операции. Однако сетчатка имеет достаточно сложную структуру, и при применении даже низкозатратных численных методов для моделирования требуется значительное время для получения результата. В связи с этим разработка эффективных по времени алгоритмов трехмерного моделирования является актуальной задачей, поскольку применение таких алгоритмов позволит обеспечить проведение комплексного исследования в рамках ограниченного времени. В настоящей работе проводится исследование времени выполнения алгоритмов, реализующих различные вариации применения метода расщепления и метода конечных разностей, адаптированных под поставленную задачу теплопроводности, выявляется наиболее эффективный алгоритм, который далее подвергается векторизации и реализации с использованием технологии CUDA. Исследование проводилось с использованием Intel Core i7-10875H и Nvidia RTX 2080 MAX Q и показало, что аналог векторного алгоритма, ориентированного на решение многомерной задачи теплопроводности, обеспечивает ускорение не более, чем в 1,5 раза, по сравнению с последовательным вариантом. Разработанный векторный алгоритм, ориентированный на применение метода прогонки по всем направлениям трехмерной задачи, существенно снижает временные издержки, затрачиваемые на копирование в память видеокарты, и обеспечивает 40-кратное ускорение по сравнению с последовательным алгоритмом трехмерного моделирования. На основе такого же подхода разработан параллельный алгоритм математического моделирования, который обеспечил 20-кратное ускорение при полной загрузке процессора.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
RICE GROWTH VEGETATION INDEX 2 FOR IMPROVING ESTIMATION OF RICE PLANT PHENOLOGY IN COSTAL ECOSYSTEMS
стр.438-448
Choudhary K., Shi W.Zh.J., Dong Ya.
Crop growth is one of the most important parameters of a crop and its knowledge before harvest is essential to help farmers, scientists, governments and agribusiness. This paper provides a novel demonstration of the use of freely available Sentinel-2 data to estimate rice crop growth in a single year. Sentinel 2 data provides frequent and consistent information to facilitate coastal monitoring from field scales. The aims of this study were to modify the rice growth vegetation index to improve rice growth phenology in the coastal areas. The rice growth vegetation index 2 is the best vegetation index, compared with 11 vegetation indices, plant height and biomass. The results demonstrate that the coefficient of rice growth vegetation index 2 was 0.83, has the highest correlation with plant height. Rice growth vegetation index 2 is more appropriate for enhancing and obtaining rice phenology information. This study analyses the best spectral vegetation indices for estimating rice growth.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СРАВНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ОЦЕНОК СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ, ПОСТРОЕННЫХ НА ОСНОВЕ МОЗАИЧНЫХ МОДЕЛЕЙ ИЗОБРАЖЕНИЙ
стр.449-460
Визильтер Ю.В., Выголов О.В., Желтов С.Ю.
Рассмотрена задача сравнения статистических оценок свойств различных мозаичных фильтров. Показано, что в морфологии Пытьева мера сложности формы непосредственно связана с мерой простоты, основанной на морфологической корреляции с простейшей формой. На основе среднеквадратичного морфологического коэффициента корреляции веден нормированный морфологический показатель степени упрощения. Для данного показателя подтверждено, что чем проще мозаичная форма, тем сильнее сглаживает соответствующий пытьевский проектор. На примере усредняющего и медианного мозаичных фильтров рассмотрена задача сравнения различных мозаичных операторов по средней степени упрощения. Введено понятие операторов, упрощающих (неусложняющих) в статистическом смысле. Рассмотрена морфологическая корреляция мозаичной формы и диффузного мозаичного оператора. Доказано, что степень упрощения морфологического показателя степени упрощения для нечетких операторов не связана с оценкой сложности для соответствующих ядер. Таким образом, выявлена качественная разница в связи между реляционными и операторными моделями для диффузных и проективных мозаичных линейных фильтров. Рассмотрена задача сравнения статистических оценок свойств различных мозаичных фильтров. Показано, что в морфологии Пытьева мера сложности формы непосредственно связана с мерой простоты, основанной на морфологической корреляции с простейшей формой. На основе среднеквадратичного морфологического коэффициента корреляции веден нормированный морфологический показатель степени упрощения. Для данного показателя подтверждено, что чем проще мозаичная форма, тем сильнее сглаживает соответствующий пытьевский проектор. На примере усредняющего и медианного мозаичных фильтров рассмотрена задача сравнения различных мозаичных операторов по средней степени упрощения. Введено понятие операторов, упрощающих (неусложняющих) в статистическом смысле. Рассмотрена морфологическая корреляция мозаичной формы и диффузного мозаичного оператора. Доказано, что степень упрощения морфологического показателя степени упрощения для нечетких операторов не связана с оценкой сложности для соответствующих ядер. Таким образом, выявлена качественная разница в связи между реляционными и операторными моделями для диффузных и проективных мозаичных линейных фильтров.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
БЛОЧНЫЕ АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ СЕТОЧНЫХ УРАВНЕНИЙ ZHENG/CHEN/ZHANG
стр.461-468
Головашкин Д.Л., Морунов Н.Д., Яблокова Л.В.
Работа посвящена синтезу блочных алгоритмов FDTD-метода для расчетов по неявной разностной схеме Zheng/Chen/Zhang. Существенное внимание уделяется экспериментальному исследованию построенных алгоритмов, выявлению особенностей организации блочных вычислений по неявным сеточным уравнениям. Эффективность предложенных подходов подтверждена шестикратным ускорением вычислений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
