Том 56 № 2 2020 (МАРТ – АПРЕЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. Грейсух Г. И., Данилов В. А., Ежов Е. Г.,  Антонов  А.И. Метаповерхности в оптике: физические основы и достигнутые результаты. Обзор

Аннотация:
Представлен обзор современного состояния в области разработок и перспектив использования метаповерхностей в оптике, в частности в голографии. Особое внимание уделено физике управления задержкой фазы рассеиваемого метаатомами излучения, а также трансформации фронта падающей волны метаповерхностью. На ряде примеров продемонстрирована эффективность фокусировки излучения и формирования голографического изображения метаповерхностями различных типов.

Страницы: 5-19
DOI: 10.15372/AUT20200201

2. Бессмельцев В. П., Вилейко В. В., Максимов М. В. Метод измерения основных параметров цифровых защитных голограмм для экспертного анализа и оперативного контроля их качества

Аннотация:
Разработаны метод и устройство измерения основных параметров синтезированных защитных голограмм с использованием возможностей микроскопии микронного разрешения и дифрактометрии с мультиугловой системой освещения. При последовательном освещении под различными углами коллимированными монохроматическими источниками света поверхности голограммы в поле наблюдения специального цифрового микроскопа и обработке полученных изображений формируется информационная карта поверхности, которая содержит данные об основных параметрах «голопикселей», составляющих структуру защитной голограммы (шаге дифракционных решёток, их угловой ориентации, нормированной интенсивности отражённого света), а также совмещённое с указанной картой изображение поверхности голограммы в рассеянном свете. Перемещениями исследуемой голограммы в плоскости фокуса цифрового микроскопа на расстояние, равное полю наблюдения микроскопа, с последующей «сшивкой» полученных данных достигается построение информационной карты всей поверхности голограммы с микронным разрешением.

Страницы: 20-33
DOI: 10.15372/AUT20200202

3. Евтихиев Н. Н., Краснов В. В., Молодцов Д. Ю., Родин В. Г., Стариков Р. С., Черёмхин П. А. Применение микрозеркального модулятора света для оптического кодирования с временным интегрированием

Аннотация:
Рассмотрена возможность применения микрозеркального модулятора при реализации операции оптического кодирования с временным интегрированием в квазимонохроматическом пространственно-некогерентном свете. Представлена экспериментальная установка для оптической регистрации закодированных изображений на цифровую камеру. Проведено кодирование изображений, содержащих текстовую и графическую информацию; методом инверсной фильтрации осуществлено успешное декодирование зарегистрированных изображений. Применение временного интегрирования при оптическом кодировании позволило снизить шумы, возникающие из-за бинаризации выводимых на модулятор голограмм, которые содержат ключи кодирования, и повысить дифракционную эффективность процесса кодирования.

Страницы: 34-41
DOI: 10.15372/AUT20200203

4. Корольков В. П., Насыров Р. К., Седухин А. Г., Белоусов Д. А., Куц Р. И.  Новые методы изготовления высокоапертурных компьютерно-синтезированных голограмм для формирования эталонных волновых фронтов в интерферометрии

Аннотация:
Применительно к задаче интерферометрического контроля сферических и асферических поверхностей с высокими угловыми апертурами проведён анализ факторов, вызывающих паразитные искажения интерферограмм в системах контроля на базе эталонных однокомпонентных высокоапертурных компьютерно-синтезированных голограмм (КСГ), которые выполнены на плоских подложках и имеют бинарно-фазовую структуру. Для совершенствования качества таких КСГ использованы методы, средства и регистрирующие материалы (плёнки титана и хрома), пригодные для технологии прямой лазерной записи их дифракционной структуры, которая обеспечивает формирование интерферограмм с минимальными паразитными искажениями. В частности, для уменьшения вариаций контраста формируемой интерферограммы предложено осуществлять модуляцию локального коэффициента пропускания структуры КСГ путём модуляции скважности дифракционных зон. Обсуждены возможности применения термохимической лазерной технологии записи на плёнках титана и хрома для изготовления высокоапертурных голограмм с относительным отверстием f/1 и более.

Страницы: 42-54
DOI: 10.15372/AUT20200204

5. Одиноков С. Б., Смык А. Ф., Шурыгин А. В. Формирование динамических и бинокулярных объёмных изображений в защитных голограммах с нулевым порядком дифракции

Аннотация:
Рассмотрены варианты реализации одного из видов голограмм нулевого порядка — трекограммы для формирования защитных признаков для неэкспертной проверки их подлинности. Объёмное изображение в трекограммах формируется бликами на стенках тороидальных поверхностей-треков, представляющих собой рельефные полосы на регистрирующем материале. Вариациями формы треков, их протяжённости и количества участков различных треков в одной точке изображения можно получить защитные признаки, удобные для неэкспертной идентификации голограмм. Размеры и глубины треков совместимы с обычной технологией тиснёных голограмм. Приведены фотографии голограмм, формирующих изображения в белом свете.

Страницы: 55-61
DOI: 10.15372/AUT20200205

6. Каленков С. Г., Каленков Г. С. Цифровая гиперспектральная голография

Аннотация:
Рассмотрены способ и оптическая схема регистрации цифровых гиперспектральных голограмм в свете некогерентного источника. В состав оптической схемы входит интерферометр со сканирующим зеркалом для генерации опорных волн. Набор комплексных амплитуд объектного поля вычисляется путём фурье-преобразования интерферограмм в каждом пикселе матрицы регистрации. Приведены экспериментальные результаты голографических изображений микрообъектов, полученных на различных оптических схемах: на просвет и на отражение. Рассмотрена схема интерферометра общего пути, в которой опорная волна является частью объектного поля.

Страницы: 62-68
DOI: 10.15372/AUT20200206

МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

7. Скиданов Р. В., Досколович Л.  Л., Васильев В.С., Ганчевская С. В., Бланк В. А., Подлипнов В. В., Казанский Н. Л. Спектральные дифракционные линзы для формирования источника света с излучением нескольких заданных длин волн

Аннотация:
Предлагается использование спектральных дифракционных линз, имеющих фокус одинакового положения нескольких заданных длин волн в качестве основы для точечного источника света с несколькими заданными длинами волн. Рассмотрена спектральная дифракционная линза, предназначенная для фокусировки трёх длин волн: 462, 608, 952 нм (длины волн для возбуждения флюоресценции тубулина β). Для изготовления спектральных линз применялся метод прямой лазерной записи по фоторезисту с итеративной коррекцией параметров записи, что обеспечило погрешность формирования высоты дифракционного микрорельефа менее 30 нм. Представлен эксперимент по определению длин волн, фокусируемых полученной линзой, который основан на использовании точечной диафрагмы, расположенной в фокусе спектральной линзы.

Страницы: 69-76
DOI: 10.15372/AUT20200207

8. Хонина С. Н., Карпеев С. В., Подлипнов В. В., Паранин В. Д., Порфирьев А. П., Казанский Н. Л. Структурное и поляризационное преобразования лазерных пучков в анизотропных кристаллах

Аннотация:
Представлен краткий обзор работ, посвящённых теоретическим и экспериментальным исследованиям структурных и поляризационных преобразований лазерных пучков в анизотропных кристаллах, определены возможности создания лазерных пучков со сложным поляризационно-фазовым состоянием. Показано, что адаптивная подстройка структурных и поляризационно-фазовых состояний может осуществляться относительно медленными изменениями параметров оптической системы и быстрыми электрооптическими методами модуляции с высоким быстродействием.

Страницы: 77-83
DOI: 10.15372/AUT20200208

9. Евтихиев Н. Н., Краснов В. В., Стариков Р. С., Шифрина А. В. Многофакторная модель системы оптического кодирования с пространственно-некогерентным освещением

Аннотация:
Предложена многофакторная модель системы оптического кодирования с пространственно-некогерентным освещением. Данная модель учитывает влияние шумов регистрирующего фотосенсора, изменения растров изображений при прохождении через оптическую систему, паразитной засветки и шумов синтеза кодирующего дифракционного оптического элемента на качество декодированного изображения. Показано, что предложенная модель хорошо соотносится с оптическим экспериментом (ошибка декодирования отличается не более чем на 6 %).

Страницы: 84-91
DOI: 10.15372/AUT20200209

10. Ганжерли Н. М., Гуляев С. Н., Маурер И. А., Архипов А. В. Механизмы создания рельефных высокочастотных голографических структур на бихромированном желатине, облучённом коротковолновым УФ-излучением

Аннотация:
Рассмотрено применение двух видов альтернативного воздействия на желатин в слоях бихромированного желатина (БХЖ): структурирования с помощью избирательного светового дубления излучением He—Cd-лазера (λ = 440 нм) и деструкции, осуществляемой облучением слоёв коротковолновым УФ-излучением (λ < 270 нм). Показана решающая роль УФ-облучения образцов в формировании высокочастотных рельефно-фазовых решёток с дифракционной эффективностью более 50 % на слоях БХЖ толщиной менее 2 мкм. Отмечено, что применение традиционных методов обработки слоёв БХЖ приводит к сглаживанию рельефа за счёт влияния сил поверхностного натяжения на высоких пространственных частотах. Кроме того, существенное расширение области регистрируемых пространственных частот (до 1500 мм−1) для записи рельефных голографических решёток достигнуто применением усовершенствованной методики обработки желатина, основанной на сокращении времени водных процедур, и использованием изопропаноловых ванн для быстрого обезвоживания слоя.

Страницы: 92-99
DOI: 10.15372/AUT20200210

11. Балбекин Н. С., Венедиктов  В. Ю., Венедиктов Д. В., Петров Н. В., Коновалов Р. С., Пулькин С. А., Севрюгин А. А., Турсунов И., Шоев В. И. Цифровое голографическое увеличение чувствительности интерферограмм

Аннотация:
Представлены результаты экспериментальных исследований и схемы записи голограмм цифровым способом с использованием пространственных модуляторов света. Описано применение голографических интерференционных методов для измерения неровностей наномасштаба на примере наноступеньки (высотой 70 нм и шириной 30 мкм). Приведены примеры реализации метода увеличения чувствительности для измерений наноступеньки и метода крюков цифровым способом. Доказана вероятность реализации метода коррекции внутренних искажений системы в интерферометре. Показано, что применение голографических интерференционных методов с использованием цифровой обработки голограмм позволяет повысить чувствительность интерферограмм без потери основной информации об объекте и без увеличения точности измерений.

Страницы: 100-108
DOI: 10.15372/AUT20200211

12. Корешев С. Н., Смородинов Д. С., Фролова М.А., Старовойтов С. О. Влияние структуры и формы представления объекта на изображающие свойства синтезированных проекционных голограмм

Аннотация:
Приведены результаты исследования влияния структуры объекта и формы его представления на качество, разрешающую способность и глубину резкости изображений, восстанавливаемых с помощью бинарных синтезированных голограмм-проекторов. Критерием качества выбрана степень соответствия восстановленного изображения объекту, оцениваемая как диапазон градаций порога при пороговой обработке восстановленного изображения, при котором его структура полностью соответствует структуре исходного объекта. Разработан метод проекционной голографической фотолитографии, основанный на математическом моделировании реальных физических процессов синтеза и восстановления голограмм плоских бинарных транспарантов.

Страницы: 109-117
DOI: 10.15372/AUT20200212

13. Курбатова Е. А., Родин В. Г., Черёмхин П. А. Итеративная бинаризация цифровых голограмм с применением метода диффузии ошибки

Аннотация:
Бинаризация цифровых голограмм используется для хранения и оперативной передачи зарегистрированной информации, а также для оптического восстановления изображений с использованием бинарных микрозеркальных модуляторов света. Рассмотрены возможности бинаризации оптически зарегистрированных голограмм итеративными методами с применением операции диффузии ошибки на каждом шаге изменения порога бинаризации или только на финальной итерации. Проведены анализ варьирования параметров методов и сравнение качества восстановленных изображений с бинаризованных голограмм. Определено, что метод с применением операции диффузии ошибки только на финальной итерации повышает качество восстановления изображений на 12 % по сравнению с одношаговыми методами.

Страницы: 118-125
DOI: 10.15372/AUT20200213

Том 56 № 3 2020 (МАЙ – ИЮНЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

1. Nasimi A. A., Saadat S., Mansouri B. Измерение временной задержки между магнитными диагностическими катушками в токамаке с использованием кросс-спектрального  анализа

Аннотация:
Задержка в определении положения плазмы усиливает нестабильность и снижает точность управления в токамаке. Предложены две методики, называемые периодограммой и кросс-спектральным анализом для количественного подхода к вычислению временной задержки между данными, полученными двумя разнесёнными катушками от одного источника: флуктуации плазмы в токамаке IR-T1. Для анализа данных после преобразования Фурье были получены: периодограмма, квадрат когерентности и фазовая диаграмма в трёх различных временных интервалах.  В интервале времени 29000  < τ  < 30000  мкс, когда ток плазмы почти постоянен, с помощью анализа фазового спектра получен средний фазовый сдвиг между частотными компонентами данных. Временная задержка между данными катушек Роговского и Мирнова на частоте наибольшей когерентности составила τ_d = 1,831 мкс.

Страницы: 3-11

DOI: 10.15372/AUT20200301

2. Канев Ф. Ю., Аксенов В. П., Макенова Н. А., Веретехин И. Д. Сравнение точности определения координат оптических вихрей различными методами

Аннотация:
Рассмотрены два алгоритма определения координат оптических вихрей. В первом из них вихрь находится по ветвлению полос интерференционной картины, во втором — в результате обработки распределения градиентов волнового фронта. Показано, что оба алгоритма позволяют регистрировать координаты с высокой точностью, кроме этого, возможным является определение смещений особых точек, возникающих в результате дифракции излучения.

Страницы: 12-19

DOI: 10.15372/AUT20200302

3. Котов К. Ю., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Ян А. П. Алгоритмы и архитектура системы управления траекторным движением мультироторного летательного аппарата

Аннотация:
Для решения задачи отслеживания желаемой траектории по целевому положению предложен алгоритм управления на основе требуемых дифференциальных уравнений по отклонениям. Планирование маршрута осуществляется на базе авторского метода расчёта плоской траектории, состоящей из ориентированных отрезков прямых, сопряжённых клотоидами. Представлен программно-аппаратный комплекс системы автоматического управления полётом. Работоспособность системы управления в присутствии шумов измерений и внешних возмущений подтверждается результатами экспериментов по управлению полётом квадрокоптера в помещении.

Страницы: 20-28

 DOI: 10.15372/AUT20200303

4. Калиш Е. Н., Стусь Ю. Ф., Носов Д. А., Сизиков И. С. Юстировка измерительного луча интерферометра по вертикали в баллистическом гравиметре

Аннотация:
Представлено описание метода выставления вертикали контроля смещения блика измерительного луча для абсолютных лазерных баллистических гравиметров. Данный метод базируется на регистрации видеокамерой траектории смещения измерительного луча, отражённого от уголкового отражателя в процессе свободного падения тела. Определялись величины и направления угла отклонения измерительного луча от вертикали с помощью покадровой обработки полученной видеозаписи. Экспериментально установлено, что погрешность выставления вертикали не превышает 3 • 10⁻⁵ рад.

Страницы: 29-34

DOI: 10.15372/AUT20200304

5. Лемешко Б. Ю., Лемешко С. Б. Влияние округления на свойства критериев проверки статистических гипотез

Аннотация:
Приводятся результаты численных исследований влияния ошибок округления на распределения статистик критериев проверки статистических гипотез. Исследуется влияние округления на распределения статистик различных критериев согласия и критериев однородности. Показано, что при соизмеримости ошибок округления в анализируемых выборках со среднеквадратическим отклонением ошибок измерений распределения статистик критериев могут существенно изменяться. В таких условиях применение критериев в системах обработки данных с использованием классических результатов может приводить к неверным выводам. Предлагаются рекомендации по решению данной проблемы.

Страницы: 35-45

DOI: 10.15372/AUT20200305

6. Варданян В. А. Анализ шума биений между многопозиционными амплитудно-фазовыми поднесущими сигналами при прямом фотодетектировании

Аннотация:
Рассматривается математическая модель, позволяющая оценить среднеквадратическое отклонение шума биений, возникающего при фотодетектировании поднесущих канальных сигналов с форматами модуляции QPSK, M-QAM. На основе теории и результатов компьютерного моделирования выведена формула, которая даёт возможность рассчитать спектральное распределение шума биений в зависимости от количества сигналов и используемых форматов модуляции.

Страницы: 46-57

DOI: 10.15372/AUT20200306

7. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Оценка интенсивности движения протяжённых объектов с помощью обобщённого распределения Вейбулла

Аннотация:
Рассмотрена и проанализирована оценка параметра масштаба обобщённой плотности распределения вероятностей Вейбулла по критерию минимума условного риска. Получены оптимальные оценки интенсивности огибающей отражённых от протяжённых объектов сигналов при условии, что интервалы в движении названных объектов являются независимыми случайными величинами. Проведено сравнение названных оценок с наилучшей несмещённой оценкой при различных функциях потерь. Показано, что сходимость риска наилучшей несмещённой оценки с риском оптимальной оценки для функции потерь, равной модулю ошибки, более быстрая по сравнению с квадратичной функцией потерь. Отмечается, что оптимальные оценки для инвариантной и степенной функций потерь совпадают. Получены нижние и верхние ε-доверительные границы и определены условия, при которых данные оценки соответствуют оцениванию параметра распределения Вейбулла.

Страницы: 58-67

DOI: 10.15372/AUT20200307

8. Булычев Ю. Г., Кондрашов А. Г., Раду П. Ю., Ячменёв А. В. Численно-аналитический метод описания и оценивания входных и выходных параметров многомерного динамического объекта. Ч. I

Аннотация:
Развивается метод описания и оценивания состояния многомерного динамического объекта, включающий численно-аналитическое представление общего решения дифференциального уравнения для динамического объекта и его измеряемого выхода с учётом области допустимости значений времени и начального условия, а также параметров неопределённости, фигурирующих в правой части уравнения. Требуемое качество представления достигается использованием семейства заранее построенных высокоточных опорных интегральных кривых (необходимого объёма) и принципа гладкой зависимости решения и измеряемых координат в заданной области допустимости для широкого класса динамических объектов. Даётся оценка погрешностей метода, приводятся рекомендации по выбору его основных параметров.

Страницы: 68-80

DOI: 10.15372/AUT20200308

9. Подрезов Р. В., Райфельд М. А. Непараметрический метод определения числа классов в задаче сегментации изображений

Аннотация:
Важными в задачах автоматической пороговой сегментации изображений по яркости являются вопросы о количестве яркостных классов и, как следствие, необходимом числе порогов. Решение задачи оценивания количества классов на изображении часто базируется на представлении его распределения в виде смеси распределений яркостных классов. Известно, что данная задача (расщепление смеси) имеет решение лишь для некоторых видов распределений, а когда распределения яркостных классов неизвестны, возникают трудности его применения. В данной работе представлен непараметрический метод определения количества классов, основанный на ранговых гистограммах и использующий свойство локальной пространственной группировки элементов каждого яркостного класса на изображении. Сравнение предложенного метода с различными критериями оценки числа классов на изображениях показало эффективность рассматриваемого метода.

Страницы: 81-90

DOI: 10.15372/AUT20200309

СИСТЕМЫ  АВТОМАТИЗАЦИИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

10. Котов В. Н., Лубков А. А., Попов Ю. А. Подсистема гидирования солнечного телескопа с полем зрения меньше углового размера солнечного диска

Аннотация:
Анализируется методика наведения на цель солнечного телескопа высокого пространственного разрешения, имеющего угловое поле зрения меньше углового размера диска Солнца, с использованием вспомогательного телескопа гидирования, поле зрения которого охватывает весь диск Солнца и его окрестности. Рассмотрены требования к разрешению телескопа гидирования, режимы наведения на цель, структурная схема процесса наведения.

Страницы: 91-100

DOI: 10.15372/AUT20200310

11. Миськив Н. Б., Назаров А. Д., Серов А. Ф., Мамонов В. Н. Автоматизированная система обеспечения исследования структуры течения в многокольцевом потоке Куэтта — Тейлора

Аннотация:
Приведено описание экспериментального стенда и его автоматизации для исследования теплового генератора на основе течений Куэтта — Тейлора между независимо вращающимися многоцилиндровыми роторами. Для исследования структуры течения была использована методика анализа спектров пульсаций момента силы сопротивления вращению роторов теплогенератора. Представлены методики регистрации генерируемой тепловой мощности и исследования частотных характеристик неоднородностей потока в жидкости, находящейся в цилиндрических щелевых пространствах с движущимися стенками. Разработанное оборудование и методики измерения позволили получить экспериментальные данные о влиянии режимов работы теплогенератора и параметров рабочей жидкости на процесс генерации тепловой энергии.

Страницы: 101-109

DOI: 10.15372/AUT20200311

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

12. Кучьянов А. С., Микерин С. Л., Адищев С. В., Алькаиси Адил Х. Ш., Зайцева Ю. В. Возможности создания комплексов «спазеры в липосомах» для применения в тераностике

Аннотация:
Экспериментально исследована возможность формирования комплекса спазеров внутри искусственно создаваемых замкнутых мембранных оболочек (липосом). Локализация комплексов внутри липосом подтверждена с помощью сканирующего конфокального микроскопа. Продемонстрировано, что при этом спазеры сохраняют свою работоспособность. Полученные результаты показывают перспективность инкапсулирования спазеров в липосомы как эффективных агентов тераностики.

Страницы: 110-117

DOI: 10.15372/AUT20200312

13. Грибанов А. В., Яковин Д. В., Яковин М. Д. Режимы импульсной генерации в Nd:YAG-лазере с различными оптическими схемами резонаторов

Аннотация:
Рассмотрены результаты исследования различных схем реализации одновременной синхронизации мод и модуляции добротности резонатора с помощью сферического зеркала и акустооптического модулятора (метод СЗАОМ) бегущей волны в Nd:YAG-лазере. Представлены временные и энергетические выходные характеристики диодно-накачиваемого Nd:YAG-лазера с СЗAOM, а также полученного мощного пикосекундного перестраиваемого излучения в области ~620 нм на основе каскадного преобразования частоты суперлюминесцентного параметрического генератора с накачкой таким лазером.

Страницы: 118-125

DOI: 10.15372/AUT20200313

Том 56 № 4 2020 (ИЮЛЬ – АВГУСТ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. Бетеров И. И. Квантовые компьютеры на основе холодных атомов

Аннотация:
Дан краткий обзор современных достижений в квантовой информатике. Преимущества квантовых компьютеров показаны на примере простейших квантовых алгоритмов. Рассматривается применение ультрахолодных атомов для реализации квантовых процессоров.

Страницы: 3-11
DOI: 10.15372/AUT20200401

2. Лабусов В. А., Зарубин И. А., Пелипасов О. В., Саушкин М. С., Сипатов А. М., Саженков А. Н., Цатиашвили В. В. Идентификация молекулярных полос в спектрах излучения плазмы внутри малоэмиссионной камеры сгорания

Аннотация:
В спектрах излучения плазмы внутри малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя идентифицированы молекулярные полосы (в скобках приведены наиболее интенсивные канты): OH (306,1 нм), CH (430,18 нм), H2O (714–980 нм), C2 (515,55 нм), NH  (336 нм), NO (358,26 нм). Это открывает возможность использования соотношения их интенсивностей для управления рабочими параметрами камеры сгорания в целях снижения выбросов вредных веществ, регламентированных нормами ИКАО. Спектры регистрировались с помощью спектрометров «Колибри-2» в двух исполнениях: I — рабочий спектральный диапазон 190–1100 нм (разрешение 1 нм) и II — 190–360 нм (разрешение 0,2 нм). Ввод излучения в спектрометр осуществлялся с помощью волоконно-оптического кабеля и коллиматора.

Страницы: 12-20
DOI: 10.15372/AUT20200402

3. Дубнищев Ю. Н., Дубнищева Т. Я., Нечаев В. Г. Бихроматические лазерные доплеровские измерители вектора скорости

Аннотация:
Обсуждается возможность построения лазерных доплеровских измерителей вектора скорости, основанная на использовании бихроматического источника пространственно совмещённых гауссовых или бесселевых пучков, двухволнового брэгговского одноканального акустооптического модулятора с отношением частот ультразвуковых волн, равным отношению волновых чисел дифрагирующих лазерных пучков. Пространственная, хроматическая и частотная структура координатно-измерительного 3D-базиса, сформированная из гауссовых или бесселевых пучков одной и той же последовательностью оптических элементов, и адекватное к структуре рассеянного исследуемой средой света фотоэлектрическое преобразование обеспечивают минимальную аппаратную ширину спектра доплеровского сигнала и повышенную помехоустойчивость.

Страницы: 21-29
DOI: 10.15372/AUT20200403

4. Пен Е. Ф. Динамика дифракционной эффективности наложенных объёмных отражательных голограмм при их одновременной записи в фотополимерном материале

Аннотация:
Получены новые экспериментальные данные о динамике дифракционной эффективности (ДЭ) наложенных объёмных отражательных голограмм с периодом решёток 250 нм при их одновременной записи в фотополимерном материале BAYFOL HX TP. Установлены характер и параметры их взаимного влияния при задержке засветки одной голограммы относительно другой. Выявлено, что на динамике ДЭ практически не сказываются вариации времени диффузии мономера в интервале 0,12 < t_D < 0,17 с, но существенно проявляется нестационарное поведение параметра фотополимеризации τ_p, который в наших экспериментах возрастал от 5 до 15 с. Известные уравнения фотоиндуцированного изменения показателя преломления фотополимера доработаны с учётом характера изменения параметра τ_p. Расчётные зависимости динамики ДЭ, полученные с помощью уточнённых формул, хорошо согласуются с экспериментальными данными (СКО ∼2 %).

Страницы: 30-40
DOI: 10.15372/AUT20200404

5. Чугуй Ю. В. Дифракционные явления в дальней зоне на цилиндрических объектах малого диаметра с учётом их отражающих свойств

Аннотация:
В рамках скалярной теории дифракции света Кирхгофа — Френеля исследованы особенности дифракционных явлений в дальней зоне на цилиндрических (металлических) объектах малых диаметров (0,01–0,5 мм) с учётом их отражающих свойств. При расчётах применялась модель цилиндра в виде экрана (нулевой толщины). Отражённая составляющая поля в дальней зоне вычислялась методом стационарной фазы. Показано, что при использовании стандартных алгоритмов обработки информации (справедливых для объектов экранного типа) влияние отражённой волны света приводит к заметной погрешности измерений, пропорциональной амплитудному коэффициенту отражения света от поверхности цилиндра. Для снижения её влияния предложен алгоритм определения диаметров таких объектов с повышенной точностью путём соответствующей обработки дифракционной картины в области углов θ ≤ ³√λ/R, где λ — длина волны света, а R — радиус цилиндра. Полученные результаты могут быть использованы при разработке высокоточных дифракционных измерителей тонких цилиндрических объектов (проволоки, нити, волокна).

Страницы: 41-47
DOI: 10.15372/AUT20200405

6. Завьялов П. С., Кравченко М. С., Жимулева Е. С. Разработка системы контроля и юстировки рефлектора обсерватории «Миллиметрон»

Аннотация:
Предложен метод контроля многоэлементной зеркальной системы телескопа космической обсерватории «Миллиметрон» при её настройке после раскрытия на орбите. Для предварительного контроля положения элементов рефлектора используется лазерный дальномер, для финального — оптический метод ножа Фуко. Рассчитана и приведена оптическая схема системы контроля для финальной настройки телескопа. Показаны результаты моделирования изображений, получаемых при отклонении элементов рефлектора. Приведены результаты расчёта оптической системы, реализующей метод ножа Фуко.

Страницы: 48-60
DOI: 10.15372/AUT20200406

7. Твердохлеб П. Е., Щепеткин Ю. А. Метод лазерной гетеродинной томографии отражательных решёток

Аннотация:
Предложены метод и физико-техническое решение лазерной гетеродинной томографии рассеивающих свойств толстых светочувствительных материалов (сред) в режиме отражения. Метод основан на акустооптическом сканировании записанной в среде тестовой отражательной решётки и на послойном коллинеарном гетеродинном анализе рассеянного поля. Получены формулы для оценки пространственной разрешающей способности метода и периода тестовой решётки, а также дана оценка его чувствительности — зависимости гетеродинного сигнала от глубины расположения слоёв решётки. Теоретические выводы подтверждены экспериментально.

Страницы: 61-68
DOI: 10.15372/AUT20200407

8. Завьялов П. С., Хакимов Д. Р., Гущина А. А., Ермоленко А. В., Скоков Д. В., Сартаков В. Ю. Контроль прямолинейности каналов стволов оружия методом светового сечения

Аннотация:
Разработана система бесконтактного контроля прямолинейности каналов стволов оружия на основе метода структурного освещения. Предложена и разработана конструкция компактного оптического зонда, в котором для освещения канала ствола используется дифракционный оптический элемент. Представлены алгоритмы обработки изображений, получаемых при сканировании канала ствола, по которым затем восстанавливается 3D-форма контролируемого изделия и вычисляются требуемые геометрические параметры. Приведены результаты испытаний системы контроля прямолинейности на образцах реальной продукции.

Страницы: 69-80
DOI: 10.15372/AUT20200408

9. Гужов В. И., Ильиных С. П., Трубилина Е. Е., Хайдуков Д.  С. Метод бесконтактного измерения деформаций больших объектов на основе структурированного освещения

Аннотация:
Рассматривается возможность определения деформаций крупногабаритных объектов методом структурированного освещения, основанным на проекции картин синусоидальных полос на поверхность исследуемого объекта. Использование пошагового фазового сдвига позволяет выделять информацию о фазовом распределении, отображающем рельеф поверхности. Сравнение фазовых распределений до и после воздействия на объект даёт возможность установить поле деформаций. Представлен новый метод нахождения фазовых разностей, значительно снижающий требования к алгоритмам устранения фазовой неоднозначности. Разработана экспериментальная установка для определения предельной чувствительности метода при исследовании деформаций защемлённой консольной балки. Показано, что чувствительность метода составляет менее 10 мкм на свободном конце балки.

Страницы: 81-88
DOI: 10.15372/AUT20200409

10. Наливайко В. И., Пономарева М. А. Формирование тонкоплёночных аксиконов с максимальными фокусными отрезками

Аннотация:
Экспериментально показана возможность изготовления плёночных аксиконов с фокусными отрезками большой величины. Технология изготовления включает вакуумное напыление слоёв халькогенидного стекла переменной толщины, которая линейно изменяется в зависимости от радиуса подложки. Получены аксиконы с фокусными отрезками до 15 м.

Страницы: 89-94
DOI: 10.15372/AUT20200410

11. Шелковников В. В., Васильев Е. В., Васильева Н. В., Коротаев С. В., Каргаполова И. Ю., Орлова Н. А. Определение условий полинга плёнок хромофор—полимер в поле коронного разряда по измерению сигнала генерации второй гармоники

Аннотация:
На экспериментальной установке для проведения полинга плёночных образцов с возможностью постоянного мониторинга сигнала генерации второй гармоники были определены условия эффективной ориентации молекул хромофора на основе полифтортриарилпиразолина и дицианозамещённого изофорона в микронных плёнках поликарбоната. Возбуждение второй гармоники проводилось излучением импульсного Nd:YAG-лазера 1064 нм при ориентации молекул хромофора в поле коронного разряда. Измерены зависимости уровня сигнала второй гармоники от потенциала на выравнивающей сетке и потенциала на игольчатом электроде.

Страницы: 95-102
DOI: 10.15372/AUT20200411

12. Владимирская А. Д., Скворцов М. И., Вольф А. А., Лобач И. А., Каблуков С. И. Одночастотный волоконный тулиевый лазер с распределённой обратной связью

Аннотация:
Представлен одночастотный цельноволоконный тулиевый лазер с распределённой обратной связью. Волоконная брэгговская решётка с фазовым сдвигом, являющаяся резонатором лазера, записана в высоколегированном отрезке тулиевого волокна длиной 36 мм. Максимальная мощность одночастотной генерации на длине волны 1919 нм достигает 80 мВт при мощности накачивающего излучения 1,1 Вт. Ширина линии генерации составила 70 кГц. Относительные шумы оптического излучения не превышали уровень 70 дБ/Гц с максимумом на частоте 1,2 МГц.

Страницы: 103-110
DOI: 10.15372/AUT20200412

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

13. Царев А. В. Обзор интегрально-оптических сенсоров на кремнии — прогнозы и итоги десятилетия

Аннотация:
Кремниевая фотоника является важнейшей технологической платформой для создания множества функциональных оптических элементов, включая перспективные типы оптических сенсоров. Причём в последние годы 20 % всех публикаций по кремниевой фотонике посвящено именно разработке различных вариантов оптических сенсоров. Их достоинство заключается в совмещении высоких технических параметров с возможностью массового изготовления по КМОП-технологии микроэлектроники и нанофотоники. Даётся краткое описание различных технологических решений последнего десятилетия, обеспечивающих поступательный прогресс в развитии характеристик оптических сенсоров. Отдельное внимание уделено новым перспективным конструкциям сенсоров на основе бимодовой (bimodal) технологии, обещающей значительное увеличение сенсорной чувствительности за счёт выравнивания групповой задержки пары разных оптических мод, распространяющихся по волноводной структуре. Обзор будет полезен для отечественных и зарубежных исследователей, работающих по сенсорной тематике.

Страницы: 111-133
DOI: 10.15372/AUT20200413

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

14. Борзов С. М., Потатуркин О. И. Выбор информативной системы признаков при классификации сельскохозяйственных культур по гиперспектральным данным

Аннотация:
Методы, основанные на обработке данных видеосъёмки, показали свою эффективность во многих областях сельского и лесного хозяйств. Тем не менее они недостаточно точны для классификации слаборазличимых объектов и типов растительности, что можно обеспечить только за счёт применения гиперспектральных сенсоров. Но такие устройства до настоящего времени были дороги и сложны в эксплуатации и использовались в основном на спутниках и пилотируемых самолётах. В последние годы предложены технологии создания более компактных и лёгких сенсоров, основанных на выборе на этапе проектирования ограниченного числа спектральных интервалов и их расположения. Они могут использоваться для научных или коммерческих целей в полевых условиях и, кроме того, быть установлены на беспилотных летательных аппаратах. В данной работе на примере 220-канального гиперспектрального изображения экспериментально исследована возможность существенного уменьшения объёма регистрируемых данных за счёт выбора положения и ширины ограниченного количества наиболее информативных спектральных каналов при решении задачи классификации сельскохозяйственных культур. Показано, что применяемый метод формирования систем признаков имеет существенное преимущество по сравнению с регулярным прореживанием и близок по эффективности к методам на основе анализа главных компонент, обладая при этом существенно меньшей требуемой трудоёмкостью вычислений.

Страницы: 134-144
DOI: 10.15372/AUT20200414

15. Громилин Г. И., Косых В. П., Яковенко Н. С. Согласованная фильтрация малоразмерных объектов в изображениях, содержащих постоянную пространственную помеху

Аннотация:
В работе рассматривается влияние пространственной неоднородности фотоэлектрических характеристик матричного фотоприёмного устройства (ФПУ) на качество обнаружения малоразмерных объектов в формируемом им изображении. Показано, что в условиях пространственно-неоднородного собственного шума ФПУ традиционно применяемая двухточечная коррекция не является оптимальной для последующей согласованной фильтрации изображения, выполняемой с целью повышения надёжности обнаружения объектов. Предложен двухэтапный алгоритм построения линейного пространственно-инвариантного согласованного фильтра, обеспечивающего значительное повышение надёжности обнаружения слабых малоразмерных объектов на фоне некоррелированного шума в изображениях, содержащих помеху, обусловленную пространственной неоднородностью характеристик ФПУ.

Страницы: 145-153
DOI: 10.15372/AUT20200415

Том 56 № 5 2020 (СЕНТЯБРЬ – ОКТЯБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

1. Пономарев С. А., Рогило Д. И., Петров А. С., Щеглов Д. В., Латышев А. В. Кинетика травления поверхности Si(111) молекулярным пучком селена

Аннотация:
Методом in situ сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии выделено три режима кинетики травления поверхности Si(111) молекулярным пучком селена.  В области низких температур (≲650°C в зависимости от скорости осаждения Se) кинетика травления лимитирована энергией формирования и десорбции молекул SiSe₂ и поверхность полностью покрыта примесно-индуцированной фазой селенида кремния «1×1»-Se.  В интервале температур ~700–1100 °C скорость травления ограничивается величиной осаждаемого потока Se и не зависит от температуры, структуры поверхности и механизма травления (ступенчато-слоевой или двумерно-островковый). При высоких температурах (≳1150 °C) наибольший вклад в поток кремния с поверхности начинает вносить сублимация атомов Si. Построена теоретическая модель, описывающая температуру и кинетику переходов между режимами травления.

Страницы: 4-11
DOI: 10.15372/AUT20200501

2. Варавин В. С., Дворецкий С. А., Михайлов Н. Н., Ремесник В. Г., Сабинина И. В., Сидоров  Ю. Г., Швец В. А., Якушев М. В., Латышев А. В. Современное состояние и перспективы молекулярно-лучевой эпитаксии CdHgTe

Аннотация:
Представлен обзор текущего состояния, проблем и их решения, а также потенциальных возможностей развития технологии молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) для получения структур CdHgTe на различных подложках для инфракрасных детекторов. Представлены данные по сверхвакуумным установкам МЛЭ и средствам контроля процессов роста по материалам используемых подложек, процессам подготовки поверхности подложек, росту буферных слоёв на альтернативных подложках, росту и легированию слоёв CdHgTe. Приведены основные дефекты структур, такие как дислокации и макродефекты, и минимальные достигнутые уровни их концентрации, лимитирующие качество детекторов. Рассмотрены данные по проблемам внешнего легирования слоёв CdHgTe примесями и полученные электрофизические параметры таких слоёв. Приведены фотоэлектрические параметры ИК-детекторов, близкие к теоретическим и показывающие готовность технологии МЛЭ к производству структур CdHgTe/Si на подложках диаметром 6 дюймов. Продемонстрированы результаты исследований и развития процессов роста и легирования структур CdHgTe на подложках GaAs и Si диаметром 76,2 мм в Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН.

Страницы: 12-26
DOI: 10.15372/AUT20200502

3. Дерябин А. С., Долбак А. Е.,  Есин  М. Ю.,  Машанов  В. И.,  Никифоров  А. И.,  Пчеляков О. П., Соколов Л. В., Тимофеев В. А. Молекулярно-лучевая эпитаксия напряжённых наногетероструктур на основе Si, Ge, Sn

Аннотация:
Представлены результаты исследования процесса формирования напряжённых наногетероструктур на основе соединений материалов группы IV (Ge, Si, Sn). Установлены механизмы диффузии атомов серебра, олова и свинца по поверхности, и получены температурные зависимости коэффициентов диффузии атомов этих элементов. Показано, что диффузия атомов серебра, олова и свинца происходит по механизму твёрдофазного растекания с формированием поверхностных фаз. Приведены экспериментальные данные, которые свидетельствуют о преобладающей роли краевых дислокаций и дислокационных комплексов краевого типа в релаксации гетероструктуры Ge/Ge_0,5Si_0,5/Si(001). Обогащённые оловом островки с пьедесталом Si на подложке Si(001) были получены методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Первоначально на поверхность Si наносилась плёнка Sn. В процессе последующего отжига формировался массив островков Sn, которые использовались в качестве катализаторов для роста нанообъектов. Обогащённые оловом островки с пьедесталом Si формируются после осаждения кремния при температурах 300–450^◦C на поверхность с островками Sn. Рост островков с пьедесталом происходил по механизму пар — жидкость — кристалл. Обнаружена интенсивная фотолюминесценция от обогащённых оловом островков с пьедесталами Si в диапазоне длин волн 1,3–1,7 мкм.

Страницы: 27-35
DOI: 10.15372/AUT20200503

4. Журавлев К. С., Протасов Д. Ю., Бакаров  А. К.,  Торопов  А. И.,  Гуляев  Д. В.,  Лапин В. Г., Лукашин В. М., Пашковский А. Б. Новый тип гетероструктур для мощных pHEMT-транзисторов

Аннотация:
Представлен новый тип гетероструктур AlGaAs/InGaAs/GaAs с энергетическими барьерами, сформированными в соседних с каналом InGaAs слоях транзистора AlGaAs, модуляционно-легированных донорами и акцепторами. Высота барьеров, связанных с потенциалом области пространственного заряда в слоях AlGaAs, достигает 0,8 эВ, что позволяет удвоить концентрацию электронов в канале, предотвратить переход горячих электронов, разогретых электрическим полем, в окружающие слои и увеличить примерно в 1,2–1,3 раза их насыщенную скорость дрейфа. В результате удельная выходная СВЧ-мощность транзистора превзошла более чем на 50 % мировой уровень.

Страницы: 36-43
DOI: 10.15372/AUT20200504

5. Малин Т. В., Милахин Д. С., Мансуров В. Г., Кожухов А. С., Протасов Д. Ю., Лошкарев И. Д., Журавлев К. С. Рост нитридных гетероэпитаксиальных транзисторных структур: от эпитаксии буферных слоёв до пассивации поверхности

Аннотация:
Демонстрируется возможность выращивания методом аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии структурно-совершенных высокоомных слоёв GaN, позволяющих формировать гетероструктуры SiN/Al(Ga)N/GaN для транзисторов c высокой подвижностью электронов. Определены условия выращивания слоёв GaN с гладкой морфологией поверхности (среднеквадратичное отклонение ∼2 нм), пригодных для создания резких гетерограниц, и продемонстрирована возможность улучшения кристаллического совершенства слоя GaN за счёт использования буферного высокотемпературного (температура роста более 940^°C) слоя AlN. Показано, что in situ пассивация поверхности гетероструктур Al(Ga)N/GaN ультратонким слоем SiN позволяет формировать нормально закрытые транзисторы с рекордно низкими значениями токового коллапса (∼1 %).

Страницы: 44-51
DOI: 10.15372/AUT20200505

6. Сидоров Г. Ю., Горшков Д. В., Сидоров Ю. Г., Сабинина И. В., Варавин В. С. Влияние обработки поверхности на плотность заряда на границе раздела эпитаксиальных плёнок GdHgTe и Al₂O₃, выращенного методом атомно-слоевого осаждения

Аннотация:
Исследовано влияние различных обработок поверхности плёнок Hg_1−xCd_xTe (КРТ) перед нанесением диэлектрика Al₂O₃ методом атомно-слоевого осаждения на величину заряда на границе раздела диэлектрик—полупроводник. Изготовлены структуры МДП с различной обработкой поверхности перед нанесением диэлектрика. Проведены измерения вольт-фарадных характеристик структур МДП на КРТ, и определена плотность поверхностного заряда. На поверхности плёнок состава x = 0,22 с естественным окислом поверхностный заряд распределён неоднородно и составляет (0,8–1,8) 10⁻⁸ Кл/см², что может приводить к инверсии типа проводимости на поверхности. Выдержка структур КРТ в парах ртути при комнатной температуре приводит к формированию отрицательного заряда в диапазоне −(0,4–1,6) • 10⁻⁸ Кл/см².

Страницы: 52-57
DOI: 10.15372/AUT20200506

7. Емельянов Е. А., Петрушков М. О., Путято М. А., Лошкарев И. Д., Васев А. В., Семягин Б. Р., Преображенский В. В. Молекулярно-лучевая эпитаксия твёрдого раствора InAsSb: влияние скорости роста на состав эпитаксиальных слоёв

Аннотация:
Экспериментально исследовано влияние скорости роста (плотности потока атомов In) на состав твёрдых растворов InAs_xSb_1−x(100) при молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием потоков молекул As₂ и Sb₄. Установлено, что увеличение скорости роста при постоянном значении доли молекул As₂ и Sb₄ в потоке молекул группы V и неизменном отношении потока атомов индия к суммарному потоку молекул элементов группы V приводит к уменьшению доли мышьяка в твёрдом растворе. Показано, что скорость роста является самостоятельным параметром процесса молекулярно-лучевой эпитаксии, определяющим состав твёрдых растворов InAs_xSb_1-x. Предложен механизм формирования состава твёрдого раствора, объясняющий роль скорости роста.

Страницы: 58-63
DOI: 10.15372/AUT20200507

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ОПТИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ

8. Милёхин А. Г., Дуда Т. А., Родякина Е. Е., Аникин К. В., Кузнецов С. А., Milekhin I., Zahn D. R. T., Латышев А. В. Плазмон-усиленная колебательная спектроскопия полупроводниковых нанокристаллов

Аннотация:
Представлен обзор последних результатов и новые данные по изучению оптического отклика от полупроводниковых нанокристаллов, полученных с помощью методов плазмон-усиленной оптической спектроскопии, включая гигантское комбинационное рассеяние света (ГКРС) и плазмон-усиленное ИК-поглощение. Эти методы основаны на усилении фононного отклика полупроводниковых нанокристаллов, расположенных в поле локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР) металлических наноструктур. Благодаря выбору определённой морфологии металлических наноструктур обеспечивается совпадение энергии ЛППР с энергией лазерного возбуждения и/или энергией оптических фононов в нанокристаллах. Резонансные условия обеспечивают значительное увеличение локальных электрических полей и, как следствие, резкое усиление сигнала КРС и ИК-поглощения на частотах поверхностных оптических фононов нанокристаллов. Усиление оптического отклика позволяет не только детектировать монослойные покрытия нанокристаллов, но и изучать их кристаллическую структуру, фазовый и элементный составы, внутренние механические напряжения. Применение КРС в сочетании с атомно-силовой микроскопией с использованием металлизированного зонда открыло новые возможности для анализа колебательного и электронного спектров нанокристаллов с нанометровым пространственным разрешением.

Страницы: 64-71
DOI: 10.15372/AUT20200508

9. Рябцев И. И., Митянин К. Ю., Бетеров И. И., Третьяков Д. Б., Энтин В. М., Якшина Е. А., Альянова Н. В., Неизвестный И. Г. Квантовые вычисления на основе одиночных ультрахолодных атомов в оптических ловушках

Аннотация:
Представлен краткий обзор экспериментальных и теоретических исследований по применению одиночных нейтральных атомов, захваченных в массивы оптических дипольных ловушек, в качестве кубитов квантового компьютера. Обсуждаются методы загрузки, регистрации атомов в ловушках и выполнения двухкубитовых квантовых логических операций посредством диполь-дипольного взаимодействия при кратковременном лазерном возбуждении атомов в ридберговские состояния.

Страницы: 72-80
DOI: 10.15372/AUT20200509

10. Гайслер В. А., Деребезов И. А., Гайслер А. В., Дмитриев Д. В., Торопов  А. И., Качанова М. М., Живодков Ю. А., Кожухов А. С., Щеглов Д. В., Латышев А. В. Сверхминиатюрные излучатели на основе полупроводниковых наноструктур

Аннотация:
Излагаются принципы работы сверхминиатюрных полупроводниковых излучателей, приводятся результаты исследований характеристик излучателей, разработанных и изготовленных в Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН в течение последних трёх лет. Представлены характеристики излучателей одиночных фотонов на основе квантовых точек Al_xIn_1-xAs/Al_yGa_1-yAs и одномодовых лазеров с вертикальным резонатором с генерационной длиной волны 794,8 нм для миниатюрных квантовых стандартов частоты на основе Rb⁸⁷.

Страницы: 81-90
DOI: 10.15372/AUT20200510

11. Рубцова Н. Н., Борисов Г. М., Ковалёв А. А., Ледовских Д. В., Преображенский В. В., Путято М. А., Семягин Б. Р., Кузнецов С. А., Пивцов В. С. Свойства квантовых ям и их применение в фемтосекундных лазерах ближнего ИК-диапазона с субгигагерцовой частотой следования импульсов

Аннотация:
Представлен обзор технологии дизайна и изготовления, методов и результатов исследования оптических спектров и кинетики отражения связанных квантовых ям A₃B₅, а также результаты применения разработанных на их основе оптических затворов для синхронизации мод фемтосекундного лазера Yb³⁺:KY(WO₄)₂ с высокой (порядка 1 ГГц) частотой следования импульсов.

Страницы: 91-97
DOI: 10.15372/AUT20200511

12. Щеглов Д. В., Ситников С. В., Федина Л. И., Рогило Д. И., Кожухов А. С., Латышев А. В. От самоорганизации моноатомных ступеней на поверхности кремния к субнанометровой метрологии

Аннотация:
Представлено, каким образом понимание фундаментальных процессов самоорганизации и морфологических перестроек на атомно-чистой поверхности Si(111), достигнутое в результате исследований методом in situ сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии, может быть использовано для приложений в метрологии. Методом высокоразрешающей электронной микроскопии показано, что естественный оксид, формирующийся на поверхности Si(111) в атмосферных условиях, с большой точностью реплицирует высоту атомной ступени. На основе этого разработаны методики создания мер вертикальных размеров в диапазоне 0,31–31 нм с погрешностью во всём интервале измерений менее 0,05 нм. Продемонстрирована возможность создания экстремально широких «атомно-гладких» поверхностей (до 230 мкм) и их использования в качестве опорных зеркал в интерферометрических микроскопах. Кристаллические образцы, содержащие выверенное количество моноатомных ступеней и атомно-гладких участков поверхности, включены в состав Государственного вторичного эталона в качестве меры высоты и меры плоскостности ангстремного диапазона.

Страницы: 98-111
DOI: 10.15372/AUT20200512

13. Боев М. В., Брагинский Л. С., Ковалёв В. М., Магарилл Л. И., Махмудиан М. М., Энтин М. В. Транспортные свойства двумерных топологических изоляторов и экситонных конденсатов

Аннотация:
Представлен обзор работ лаборатории теоретической физики Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН. Обсуждаются два направления исследований: транспортные свойства двумерных экситонных систем и электронный транспорт в двумерных топологических изоляторах. Существенное внимание уделено экситонным системам в режиме бозе-эйнштейновского конденсата и теории проводимости двумерного топологического изолятора толщиной, близкой к критической, обусловленной разветвлённой сетью краевых состояний, пронизывающей образец.

Страницы: 112-120

DOI: 10.15372/AUT20200513

14. Тарасов А. С., Голяшов В. А., Ищенко Д. В., Ахундов И. О., Климов А. Э., Эпов В. С., Кавеев А. К., Супрун С. П., Шерстякова В. Н., Терещенко О. Е. Эффект поля и спин-вентильный эффект в кристаллическом топологическом изоляторе PbSnTe

Аннотация:
Исследованы характеристики структур металл—диэлектрик—проводник на основе изолирующих плёнок PbSnTe:In с составами вблизи инверсии зон, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Показано, что ряд их особенностей может быть вызван сегнетоэлектрическим фазовым переходом с температурой Кюри в диапазоне 15–20 К. Получены результаты по инжекции и детектированию спин-поляризованных электронов в PbSnTe:In с использованием ферромагнитных контактов Co и Co₄₀Fe₄₀B₂₀. Обнаружен спин-вентильный эффект при измерении магнетосопротивления в локальной геометрии на удалении ферромагнитных контактов более 30 мкм. Методом фотоэмиссии с угловым и спиновым разрешением показано наличие поверхностного спин-поляризованного состояния с линейным законом дисперсии.

Страницы: 121-126

DOI: 10.15372/AUT20200514

Том 56 № 6 2020 (НОЯБРЬ – ДЕКАБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

1. Воскобойников Ю. Е. Артефакты вейвлет-фильтрации изображений и их устранение

Аннотация:
Алгоритмы вейвлет-фильтрации широко используются для обработки изображений, и большинство из них носит пороговый характер: коэффициент вейвлет-разложения, меньший по абсолютной величине некоторой пороговой величины, зануляется, в противном случае коэффициент подвергается некоторому (чаще всего нелинейному) преобразованию, которое задаётся используемой пороговой функцией. При фильтрации контрастных изображений такая обработка коэффициентов разложения может привести к появлению в отфильтрованном изображении так называемых артефактов — в окрестности скачкообразного изменения амплитуды фильтруемого изображения появляются импульсы, отсутствующие в исходном изображении, что существенно ухудшает качество фильтрации. Для устранения таких артефактов в работе рассматривается несколько подходов и предлагается метод, который заключается в постобработке результата вейвлет-фильтрации изображений нелинейными алгоритмами пространственной фильтрации. Выполненный вычислительный эксперимент позволил сделать вывод, что предлагаемый метод является эффективным способом устранения артефактов вейвлет-фильтрации контрастных изображений.

Страницы: 3-10
DOI: 10.15372/AUT20200601

2. Лапко А. В., Лапко В. А. Модифицированный алгоритм быстрого определения коэффициента размытости ядерной оценки плотности вероятности

Аннотация:
Предлагается модификация быстрого алгоритма выбора коэффициента размытости ядерных функций в непараметрической оценке плотности вероятности типа Розенблатта — Парзена. Быстрые алгоритмы оптимизации ядерных оценок плотностей вероятностей позволяют значительно снизить временные затраты при выборе их коэффициентов размытости по сравнению с традиционным подходом, что особенно актуально при обработке статистических данных большого объёма. Основу предлагаемого метода составляют анализ формулы оптимального расчёта коэффициентов размытости ядерных функций и обнаруженная зависимость между нелинейным функционалом от второй производной восстанавливаемой плотности вероятности и коэффициентом контрэксцесса. Предлагаемый алгоритм выбора коэффициента размытости обеспечивает снижение ошибки аппроксимации плотности вероятности по сравнению с традиционным подходом. Полученные выводы подтверждаются результатами вычислительных экспериментов. Особое внимание уделяется зависимости этих свойств от объёма исходной информации.

Страницы: 11-18
DOI: 10.15372/AUT20200602

3. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Метод реконструкции функционально заданных поверхностей по стереоизображениям реальных объектов

Аннотация:
Предложен метод реконструкции функционально заданных поверхностей по стереоизображениям реальных объектов. В качестве предобработки использован известный подход к вычислению объёмных моделей по изображениям силуэтов в пространстве объекта. Для вычисления карты глубины применён известный алгоритм на основе площади с корреляцией уровней интенсивности изображения. В целях реконструкции гладкой поверхности с компактным описанием предложен новый метод преобразования в функционально заданную модель.

Страницы: 19-26
DOI: 10.15372/AUT20200603

4. Волков Ю. В. Оценка устойчивости алгоритма динамической кластеризации температурных сигналов

Аннотация:
Рассмотрен алгоритм динамической кластеризации температурных сигналов, используемый для решения задачи выделения климатических областей на поверхности Земли, характеризуемых определённым однородным в границах области типом климата. Дано описание численного эксперимента, реализованного в целях оценки его устойчивости. Модель эталонного сигнала, использованная в численном эксперименте, представлена в виде суммы гармонических составляющих. Аддитивные составляющие шума формировались в частотной области. В численном эксперименте изменялись величина шума и размер выборки. Приведены оценки среднеквадратических отклонений и устойчивости алгоритма динамической кластеризации.

Страницы: 27-33
DOI: 10.15372/AUT20200604

5. Абдуракипов С. С., Бутаков Е. Б. Сравнительный анализ алгоритмов машинного обучения для определения предотказных и аварийных  состояний авиадвигателей

Аннотация:
Проведён сравнительный анализ разработанных классических моделей машинного обучения на основе линейных моделей и деревьев решений, а также современных алгоритмов свёрточных нейронных сетей и нейросетевого автоэнкодера для решения задачи предиктивного обнаружения предотказных и аварийных состояний авиационных двигателей. В основе набора данных NASA лежат показания датчиков, отражающих жизненные циклы работы авиадвигателей. В процессе исследования рассматривается несколько постановок задач: задача бинарной и многоклассовой классификации, в рамках которой прогнозируются нормальное, предотказное и аварийное состояния авиадвигателей; задача регрессии в целях прогнозирования точного количества рабочих циклов до отказа двигателя, а также задача обучения без учителя, в которой нейросетевой автоэнкодер применяется для обнаружения аномальных циклов работы авиадвигателей. Полученные алгоритмы объединены в фреймворк, который может быть полезен при анализе широкого спектра данных предиктивного обслуживания.

Страницы: 34-48
DOI: 10.15372/AUT20200605

6. Резник А. Л., Соловьев А. А., Торгов А. В. Локализация случайных импульсно-точечных источников с применением физически реализуемых поисковых алгоритмов

Аннотация:
Исследуются быстродействующие алгоритмы обнаружения и локализации случайно распределённых импульсно-точечных объектов, способных генерировать в случайные моменты времени мгновенные дельта-импульсы. Поиск осуществляется с помощью приёмного устройства (детектора), которое свободно перемещается в пределах поискового интервала и динамически перестраивает размер сканирующего окна. В представленной работе априорная информация о распределении разыскиваемого сигнального источника ограничивается одномодальными функциями со ступенчатой плотностью распределения вероятности, что обеспечивает физическую реализуемость алгоритмов. Рассчитаны параметры оптимального поиска в зависимости от априорной плотности распределения разыскиваемого сигнального источника и требуемой точности локализации.

Страницы: 49-60
DOI: 10.15372/AUT20200606

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

7. Гужов В. И., Денежкин Е. Н., Ильиных С. П., Поздняков Г. А., Хайдуков Д. С. Определение полей деформаций диффузных объектов методом цифровой голографической интерферометрии с пошаговым фазовым сдвигом

Аннотация:
Рассматривается модификация метода цифровой голографической интерферометрии для определения деформаций объекта с диффузной поверхностью путём сравнения отражённых от него комплексных волновых фронтов при двух его различных состояниях. Отличие предлагаемого метода от классических методов цифровой голографии заключается в том, что цифровые голограммы, по которым выполняется восстановление изображений, имеют комплексные значения, определяемые методом фазовых сдвигов («комплексная» голограмма), в то время как классические цифровые голограммы имеют только вещественные значения. Кроме того, восстановление цифровых голограмм выполняется с учётом неоднородности интенсивности опорного пучка, что повышает качество восстановления. С этой целью в опорное плечо оптической схемы интерферометра введён перестраиваемый нейтральный оптический фильтр. Выполнена экспериментальная проверка метода.

Страницы: 61-67
DOI: 10.15372/AUT20200607

8. Ющенко В. П., Эдвабник В. Г., Гофман О. В., Дулуба Т. В., Лёгкий В. Н. Метод реконструкции изображения объекта с помощью кольцевой антенной решётки

Аннотация:
Предложен метод реконструкции изображения объектов в сечениях с помощью кольцевой антенной решётки при зондировании пространства ультразвуковой монохроматической волной. Реконструкция изображения осуществлена путём сканирования внутренней структуры объекта, помещённого во внутрь кольца, управляемым фокусом кольцевой антенной решётки. Приведён алгоритм управления фазовращателями в каналах элементарных излучателей кольцевой антенной решётки для изменения положения фокуса. Представлены модельные результаты реконструкции изображения простейших точечных объектов. Обсуждаются проблемы реализации кольцевой решётки.

Страницы: 68-77
DOI: 10.15372/AUT20200608

9. Чугуй Ю. В. Расчёт изображений объёмного ассиметричного абсолютно поглощающего края объекта в когерентном свете

Аннотация:
Применительно к размерному контролю 3D-объектов аналитически исследованы особенности формирования в дифракционно-ограниченной проекционной системе изображений объёмного асимметричного абсолютно поглощающего края — основного фрагмента протяжённых (по глубине) пластин постоянной толщины. Изучены структуры и профили интенсивностей в изображениях передней и задней граней объекта соответственно при малых и больших апертурах оптической системы для различных соотношений скоса объекта c, размера зоны Френеля d_d ~ √λd (λ — длина волны света, d — толщина объекта) и угловой апертуры оптической системы 2θ₀. В случае, когда скос c ≤ δ_d, при большой глубине фокусировки системы имеет место смещение профиля интенсивности в изображении 3D-края, пропорциональное зоне Френеля и величине скоса. Аналитически показано, что при больших скосах (c ≥ δ_d) и малых апертурах системы в плоскости, сопряжённой с передней гранью, наблюдается чёткое изображение либо передней грани (задняя грань находится в тени), либо задней грани (передняя грань затенена задней гранью). Получены и исследованы формулы для профиля изображения задней грани в случае значительных объёмных эффектов, когда глубина фокусировки системы много меньше толщины объекта. Результаты расчётов находятся в хорошем согласии с результатами компьютерного моделирования.

Страницы: 78-90
DOI: 10.15372/AUT20200609

10. Хайретдинов М. С., Поллер Б. В., Борисов Б. Д., Бритвин А. В. Акустооптическое взаимодействие на инфразвуке в задачах лазерного экологического мониторинга

Аннотация:
Изучаются процессы акустооптического взаимодействия на инфранизких частотах с применением сейсмических вибраторов в качестве источников низкочастотных акустических колебаний, распространяющихся в атмосфере, и лазерных измерительных линий как оптических приёмников колебаний. Предложенные типы источника и приёмника в интересах изучения акустооптического взаимодействия определяют новизну и оригинальность предлагаемого подхода. Приводятся результаты экспериментов по оцениванию характеристик акустооптического взаимодействия на инфранизких частотах в задачах лазерного экологического мониторинга окружающей среды.

Страницы: 91-99
DOI: 10.15372/AUT20200610

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

11. Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Нестеров А. А., Семенюк Е. Д. Отслеживание объекта в видеопотоке с помощью свёрточной нейронной сети

Аннотация:
Предложен алгоритм 6-координатного трекинга подвижного объекта по последовательности RGB-изображений на основе свёрточной нейронной сети. Обучение сети выполняется на синтезированных данных объекта с динамической моделью движения. В обратную связь от выхода ко входу сети включен фильтр Калмана для получения сглаженной оценки координат объекта. Предварительные результаты трекинга объекта на синтезированных изображениях демонстрируют эффективность предложенного подхода.

Страницы: 100-106
DOI: 10.15372/AUT20200611

12. Булычев Ю. Г., Кондрашов А. Г., Раду П. Ю., Ячменёв А. В. Численно-аналитический метод описания и оценивания входных и выходных параметров многомерного динамического объекта. Ч. II

Аннотация:
С использованием ранее построенного численно-аналитического метода описания входных и выходных параметров многомерного динамического объекта для заданного множества допустимости (Ч. I) в данной работе развивается метод оптимального оценивания значений непрерывных линейных функционалов (числовых характеристик) от измеряемых параметров на основе некорректных данных, содержащих не только флуктуационную погрешность, но и сингулярную помеху (Ч. II). Метод обеспечивает максимально возможную декомпозицию вычислительных процедур, не требует выполнения традиционных операций линеаризации и выбора начального приближения, а также не связан с расчётом спектральных коэффициентов в конечных линейных комбинациях (с заданными базисными функциями), описывающих интегральные кривые дифференциального уравнения, измеряемые параметры и сингулярную помеху. Анализируются случайные и методические погрешности, приводятся иллюстративный пример и рекомендации по практическому применению полученных результатов.

Страницы: 107-119
DOI: 10.15372/AUT20200612

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

13. Добровольский П. П., Кремис И. И., Хрящев С. В., Новоселов А. Р., Чурилов С. М. Применение тёплой апертурной диафрагмы в охлаждаемых малоформатных матричных фотоприёмниках

Аннотация:
Численным моделированием и экспериментально исследованы конструкции тёплой (неохлаждаемой) апертурной диафрагмы в газонаполненном криостате с матричным фотоприёмником, чувствительным в инфракрасном спектральном диапазоне. Показано, что при применении выбранной конструкции тёплой апертурной диафрагмы матричный фотоприёмник форматом 384 × 288 пикселей охлаждается жидким азотом до рабочих температур (85 К) за время менее чем 40 с, а дроссельным микроохладителем — за 15 с при сохранении стандартной чувствительности фотоприёмников на основе структур кадмий— ртуть—теллур (КРТ).

Страницы: 120-124
DOI: 10.15372/AUT20200613

14. Белопухов В. Н. Случайные погрешности измерения радиальных зазоров в турбомашинах и способ их уменьшения

Аннотация:
Рассматривается простой в реализации способ измерения радиальных зазоров с управляемой точностью за счёт снижения случайных составляющих погрешностей. Приводятся количественные оценки точности, быстродействия и эффективности предложенного способа, который является стохастическим, основан на характеристиках случайных погрешностей и на периодичности процесса вращения рабочего колеса, а также даёт возможность получать результаты измерения с одинаковой точностью во всём диапазоне скоростей вращения ротора турбомашины. Рассматриваемый способ позволяет отказаться от процедур аппроксимации цифровых отсчётов.

Страницы: 125-131
DOI: 10.15372/AUT20200614

15. Антипина Е. В., Мустафина С. И., Антипин А. Ф., Мустафина С. А. Численный алгоритм решения задачи оптимального управления с терминальными ограничениями для динамических систем

Аннотация:
Разработан алгоритм решения задачи оптимального управления с терминальными ограничениями. Приведена постановка задачи оптимального управления с терминальными ограничениями и ограничениями на параметр управления. Описан численный алгоритм решения поставленной задачи на основе метода штрафов и генетических алгоритмов. Проведён вычислительный эксперимент для реакции получения фталевого ангидрида в целях достижения максимального выхода продукта реакции при наличии терминальных ограничений. Получены оптимальный температурный режим и оптимальные концентрации реагентов.

Страницы: 132-141
DOI: 10.15372/AUT20200615

Указатель статей, опубликованных в журнале "Автометрия" в 2020 году